10.20 dhr kleijn

www.controllab.nl 1

Kennisachtergronden Servo Systemen

Con

trol

lab

Pro

duct

s B

.V.

Ir. Christian Kleijn

Controllab Products B.V.

Hengelosestraat 705

7521 PA Enschede

www.controllab.nl 2

Producten

• 20-sim

• 20-sim 4C

• Lab Opstellingen

Controllab Products

Ingenieursbureau

• Multi Physics

• Precisie Techniek

• Offshore

• Technische Software

Con

trol

lab

Pro

duct

s B

.V.

www.controllab.nl 3

Micro -Positoneersystemen

Kenmerken:• Kleine lasten • Korte afstand • Hoge snelheid • Grote nauwkeurigheid

Mechatronische oplossingen:• Mechanica• Servo systemen• Sensoren• Regeltechniek

Ser

vo S

yste

men

www.controllab.nl 4

Servo systeem

regeling

overbrenging

actuator

sensor drive

Ser

vo S

yste

men

www.controllab.nl 5

ActuatorenA

ctua

tore

n

www.controllab.nl 6

Actuatoren

20 m/s<< 0.1 mm+++/-elektrisch

1 m/s0.5 mm--++hydraulisch

1.5 m/s0.1 mm--+pneumatisch

snelheidnauwkeurigheidenergiekracht

Electrische actuatoren zeer geschikt voor positione ersystemen:

• Nauwkeurig• Snel• Flexibel• Laag energieverbruik• Goedkoop

Act

uato

ren

www.controllab.nl 7

Voorbeelden

piezo motor

piezo actuator

Act

uato

ren

rotatie motor

lineaire motor

www.controllab.nl 8

Prestaties

> 30.000 uur> 1 m/s5 – 20 µµµµm0.1 – 5 nmPiezo actuator

> 30.000 uur0.05 - 0.1 m/s5 – 200 mm1 – 5 µµµµmPiezo stepper

10.000 –30.000 uur

> 10 m/s0.05 – 2 m0.05 – 2 µµµµmAC lineair

10.000 –30.000 uur

8.000 –10.000 rpm

-1 / 512 –1 / 8192 omw.

AC rotatie

3.000 –8.000 uur

10.000 –20.000 rpm

-1 / 512 –1 / 8192 omw.

DC

10.000 –30.000 uur

300 –2.500 rpm

-1 / 200 –1 / 800 omw.

stappenmotor

levensduurmax.snelheidslagnauwkeurigheid

Act

uato

ren

www.controllab.nl 9

Voordelen en Toepassingen

Stappenmotoren• Voordelen: goedkoop, gestandaardiseerd, hoog koppel , geen

sensor.• Toepassing: eenvoudige pick and place operaties

DC/AC rotatie• Voordelen: redelijk snel, redelijk nauwkeurig, makk elijk in te

bouwen• Toepassing: robots, handling, grippers

AC Lineair• Voordelen: zeer snel, zeer nauwkeurig, zeer krachti g• Toepassing: nauwkeurige bewegingen met grote slag

Piezo• Voordelen: Zeer snel, zeer nauwkeurig• Toepassing: micro manipulatie

www.controllab.nl 10

OverbrengingO

verb

reng

ing


Voorbeelden

rechtgeleiding tandwielkast tandheugel

tandriem spindel luchtlager

Ove

rbre

ngin

g


Prestaties

>> 30.000 uur

1 – 3 m/s0.05 – 1.0 m0.05 – 1 µµµµmluchtlager

> 20.000 uur1 – 3m/s0.05 – 2 m2 – 20 µµµµmrechtgeleiding

20.000 uur0.1 – 1.5 m/s0.01 – 0.7 m10 – 50 µµµµmspindel

5.000 –15.000 uur

1 – 10 m/s0.05 – 3 m10 – 50 µµµµmtandheugel

10.000 –40.000 uur

1– 5 m/s0.02 – 5 m50 – 100 µµµµmtandriem

3.000 –8.000 uur

5.000 –40.000 rpm

-1°– 2°tandwielkast

levensduurmax.snelheidslagnauwkeurigheid

Ove

rbre

ngin

g


Wrijving en SpelingO

verb

reng

ing

( )= = ⋅T F NF F F f x,v,....

stictie speling

Stictie en speling zijn slecht door regelaars te ond ervangen!


Verstoringen

Thermische Expansie

Voorbeeld: Alu frame, 1 m, 1 °CUitzetting: 23 µµµµm

Ove

rbre

ngin

g

Trillingen in de ondergrond:

• andere machines• gebouw (lift, ventilatoren, ..)• omgeving (verkeer, ..)


SensorenS

enso

ren


Sensoren

encoder

lineaire encoder

laser

ultrasoon

Sen

sore

n


Sensor PositieS

enso

ren

Sensor bij de Actuator

• Vaak aanwezig• Standaard regeling• Positie last onnauwkeurig

Sensor bij de Last

• Soms al aanwezig• Complexe regeling• Positie last nauwkeurig


Vision SystemenS

enso

ren

• Gebruik van vision systemen voor positie feedback• Met de juiste instelling nauwkeurigheden to 20 µµµµm


RegelingR

egel

ing


Regeltechniek

• sp: setpoint (gewenste positie of snelheid)• y: process output (positie of snelheid)• C: controller (regelaar)• P: process (servo systeem)• n: noise (onbekende invloeden, verstoringen)

Regeltechniek: maak een regelaar zodat: y = sp

Reg

elin

g

y

n

sp+−

++

C Pe


Feedforward

= ⋅ ⋅ +y C P sp n

Perfecte regeling: = =,C nP1

0Reg

elin

g

y

n

sp ++

C P


Voorbeeld

Massa:

Feedforward (massa compensatie):

x1mF

Reg

elin

g

= ⋅ → = ⋅ → = ⋅ ∫∫F m a a F x Fm m1 1

∫ ∫Blokschema:

1m ∫ ∫

P

Pxmddt

C

ddtSPx


Feedback

Voordelen:

• Onderdrukking van verstoringen• Linearisatie

y

n

sp

⋅= ⋅ ++ ⋅ + ⋅C P n

y spC P C P1 1

+−

Reg

elin

g

++

C P


PID-regelaar

proportional integral derivative

(present) (past) (future)

Reg

elin

g

ysp+−

PID P


Process P niet gelijk voor elke frequentie:

Regeltechniek: Gebruik een C zo dat:• y = sp voor een zo groot mogelijke bandbreedte (tun ing)• Het systeem stabiel blijft

Tuning en Instabiliteit

⋅= ⋅ ++ ⋅ + ⋅C P n

y spC P C P1 1

Reg

elin

g


• Het gewenste setpoint is twee maal differentieerbaa r naar versnelling.

• Toevoegen feedforward (massacompensatie)

PID + FeedforwardR

egel

ing


Geavanceerde Regelaars

• Filtering: ongewenste regelsignalen vooraf verwijderen

• Adaptive Control: pas regeling aan bij een langzaam veranderende machine

• Learning Control: minimaliseer volgfout bij repeterende bewegingen

• Model Based Control: gebruik modellen van een machine om de regelaar prestatie te verhogen

Reg

elin

g


DriveD

rive


Wat zijn Drives?

• Stroomversterker• PID regeling op snelheid of

positie• Bewegingsprofiel• Massacompensatie• Setpoint (positie, snelheid)

via bus

• Software voor instellingen• Autotuning• (vrij) programmeerbaar

Driv

e


Programmeren

Waarom:• Flexibiliteit: makkelijk

ombouwen• Complexiteit: veiligheidslaag,

communicatie, logging, meting, sensoriek, regelaars

Waarmee:• PLC• Programmeerbare Drives• Microcontrollers• Single Board Computers• PC’s

Driv

e


Model Gebaseerd OntwerpenM

odel

Geb

asee

rd O

ntw

erpe

n

10.20 dhr kleijn

Education

Transcript of 10.20 dhr kleijn