antriebstechnik 6/2015

STEUERN UND

STEUERN UND AUTOMATISIEREN Schnell zur Ruhe kommen Schwingungsunterdrückung für höhere Präzision und Performance in Servosystemen Markus Erlich Erfahren Sie, wie mit einer fortschrittlichen Schwingungsunterdrückung gleichförmigere Bewegungen, kürzere Einschwingzeiten und eine genauere Positionierung in Servoanwendungen erreicht werden. Industrieroboter und Maschinensysteme sind oft anfällig für Schwingungen, die in das Positionsregelungssystem einstreuen und so Instabilitäten im System verursachen. Schwingungen sind in der Regel auf Resonanzfrequenzen und nicht lineare Kräfte zurückzuführen, die von Robotergelenken oder Maschinenkupplungen ausgehen. Die steigenden Taktraten und die Leichtbauweise moderner Maschinen führen zudem zu einer erhöhten Schwingneigung. Bei Portalrobotern kommen zunehmend weniger stabile Konstruktionen zum Einsatz, um Kosten und Gewicht einzusparen. In solchen Anwendungen mit überhängenden Lasten können die flexiblen Gelenke zwischen dem Endeffektor und den Portalroboterachsen bei jedem Stopp- oder Umkehrpunkt übermäßige Schwingungen verursachen. Um eine ausreichende Genauigkeit zu gewährleisten, muss die Maschine dann pausieren, bis die Schwingungen abgeklungen sind. Jedoch 01 Servoantriebe der Reihe CDHD mit Schwingungsunterdrückung Dr. Markus Erlich, VP Marketing, Servotronix Motion Control 48 antriebstechnik 6/2015

STEUERN UND AUTOMATISIEREN Der Prozess zur Schwingungsunterdrückung Vorteile der Servotronix- Schwingungsunterdrückung Erkennen des Störeinflusses Mittenfrequenz des Schmalbandfilters Bandbreite des Schmalbandfilters Schwingungsunterdrückungsalgorithmen Eingangsvariablen Schmalbandfilter Korrekturparameter Parameter Verstärkung zum Dämpfen des Störeinflusses Korrigierte Ausgangsvariablen Dämpfungsverstärkung ■ Genaue Bahnführung für präzisere Maschinen ■ Kürzere Einschwingzeit für höheren Maschinendurchsatz ■ Gleichförmige und leise Bewegungen ■ Aktive Dämpfung passt sich tatsächlichen Schwingungen an, sobald sie auftreten, und ignoriert Schwankungen der Resonanzfrequenz ■ Regelt Systeme mit Schwingungsfrequenzen von bis zu 400 Hz 02 Der Prozess zur Schwingungsunterdrückung müssen die Einschwingzeiten so kurz wie möglich sein, damit die maximale Kapazität eines Systems optimal ausgeschöpft werden kann. Schleppfehler reduzieren Die von Servotronix entwickelte und im Servoantrieb der Reihe CDHD implementierte fortschrittliche Schwingungsunterdrückung stabilisiert schnell Systeme, die Schwingungen mit konstanter Frequenz erzeugen. Mit proprietären Algorithmen werden Schleppfehler und die Einschwingzeit der Last deutlich reduziert. Die Schwingungsunterdrückung ist als Regelkreis implementiert, der Schwingungen erkennt, sobald sie auftreten, und sie sofort dämpft. Durch die aktive Dämpfung von Schwingungen der montierten Last ermöglichen Servotronix-Antriebe eine deutliche Reduzierung der für das Einschwingen einer schweren Last oder eines Endeffektors an der Zielposition benötigten Zeit. Obwohl dies möglicherweise zu größeren Nachlauffehlern am Geber führt, ist die an der Lastposition betrachtete Gesamtleistungsfähigkeit des Systems dennoch deutlich verbessert. Prozess zur Schwingungsunterdrückung Der Prozess zur Schwingungsunterdrückung ist in vier Phasen unterteilt: ■ Phase 1: Störeinflüsse am System werden anhand von Eingangsvariablen wie Positionsfehler und Strom erkannt. Daraufhin wird ein Störungswert berechnet. ■ Phase 2: Der Störungswert wird durch einen Schmalbandfilter geführt, um die Störeinflüsse zu ermitteln, die auf die Systemschwingungen zurückzuführen sind. Die Mittenfrequenz und die Bandbreite das Bandpassfilters werden anhand von zwei Parametern festgelegt. ■ Phase 3: Die Korrekturparameter werden nun berechnet. ■ Phase 4: Die Korrekturparameter werden den sogenannten Regelparametern in Form eines dämpfenden Verstärkungsparameters hinzugefügt. Fluro.indd 1 21.08.2014 11:47:42 antriebstechnik 6/2015 49