Trung tâm gia công CNC Phụ kiện máy công cụ CNC: giải pháp cho tiếng ồn của động cơ servo
Tiếng ồn thường được định nghĩa là các thành phần vô dụng trong tín hiệu và nó có ở khắp mọi nơi. Trong các máy công cụ CNC và môi trường xung quanh, nhiễu loạn tiếng ồn là điều không thể tránh khỏi, bao gồm cả sự trôi dạt do thay đổi nhiệt độ và các tín hiệu nhiễu điện khác nhau. Các tín hiệu nhiễu loạn tiếng ồn khác nhau chắc chắn sẽ làm giảm độ chính xác theo dõi của hệ thống servo. Trong tủ điều khiển của máy công cụ CNC, công nghệ nối đất, công nghệ che chắn và công nghệ cách ly thường được sử dụng để loại bỏ ảnh hưởng của tín hiệu nhiễu.
Thiết kế bộ quan sát nhiễu cho nhiều tín hiệu nhiễu khác nhau và bù chúng trong hệ thống điều khiển servo là một cách để giảm tác động của nhiễu và cải thiện độ bền của hệ thống. Nhiều học giả trong và ngoài nước đã tiến hành nghiên cứu về các phương pháp điều khiển bù cho tín hiệu nhiễu trong điều khiển servo. KIM và cộng sự đã thiết kế bộ quan sát nhiễu mờ để điều khiển theo dõi phản hồi của hệ thống nhiều đầu vào nhiều đầu ra và sử dụng bộ quan sát nhiễu mờ để điều khiển tốc độ của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
RYOO và cộng sự đã thiết kế một bộ quan sát nhiễu mạnh mẽ và tiến hành các thí nghiệm về điều khiển theo dõi đường ray trong hệ thống ổ đĩa quang; LU và cộng sự đã nghiên cứu các bộ quan sát tín hiệu nhiễu bằng cách sử dụng lý thuyết điều khiển lặp lại chế độ trượt; Dong Mingxiao và những người khác đã kết hợp phương pháp thiết kế độ nhạy hỗn hợp để thiết kế một bộ điều khiển mạnh mẽ H ∞ cho servo máy công cụ CNC.
Bài báo phân tích tác động của nhiễu loạn tiếng ồn đến độ chính xác theo dõi của hệ thống servo và đề xuất một phương pháp điều khiển để quan sát và bù tín hiệu nhiễu loạn tiếng ồn: bằng cách phát hiện điện áp được áp dụng cho bộ điều khiển servo và độ dịch chuyển góc quay của động cơ servo, nhiễu loạn tiếng ồn được quan sát và lượng bù nhiễu được thêm vào đầu ra của bộ điều khiển vị trí để đạt được sự bù trừ. Các thí nghiệm mô phỏng đã được tiến hành trên các tín hiệu nhiễu loạn tiếng ồn răng cưa điển hình.
Mô hình hệ thống servo điều khiển số và hiệu ứng nhiễu điện
Sơ đồ khối của hệ thống servo cấp liệu vòng bán kín có nhiễu. Tín hiệu lệnh vị trí từ bộ nội suy được đặt thành X (giây) và tín hiệu đầu ra dịch chuyển góc của động cơ servo được đặt thành Y (giây). Vòng điều khiển vị trí được đặt để áp dụng điều khiển tỷ lệ và hàm truyền là tín hiệu nhiễu. Lỗi trạng thái ổn định do tín hiệu nhiễu tạo ra có liên quan đến chính tín hiệu nhiễu, cũng như phần trước điểm tác động N (giây) trong hệ thống servo cấp liệu.
Phương pháp quan sát và bù nhiễu tiếng ồn
Trong hệ thống servo cấp liệu, một liên kết quan sát và bù nhiễu nhiễu được thêm vào. Như thể hiện trong Hình 2, bằng cách phát hiện tín hiệu điện áp được áp dụng cho bộ điều khiển servo và độ dịch chuyển góc của động cơ servo, tín hiệu nhiễu N (s) được quan sát và lượng bù nhiễu được thêm vào đầu ra của bộ điều khiển vị trí để đạt được sự bù.
Từ các phương trình (3) đến (5), có thể thu được hàm truyền vòng kín G(s) của hệ thống khi bổ sung nhiễu và quan sát và bộ bù, hoàn toàn phù hợp với phương trình (2). Điều này chỉ ra rằng phương pháp quan sát và bù nhiễu thể hiện trong Hình 2 có thể bù cho ảnh hưởng của nhiễu và cải thiện khả năng chống nhiễu của hệ thống.
Mô phỏng nhiễu tiếng ồn quan sát và phương pháp bù trừ
Bộ điều khiển vị trí áp dụng điều khiển PID, với hệ số tỷ lệ là 8,1, hệ số tích phân là 0.002 và hệ số vi phân là 0.032. Khi tiến hành nghiên cứu mô phỏng bù trừ quan sát trên nhiễu động, hãy đặt tín hiệu đầu vào lệnh vị trí là 2sin (0,4 π t); Nhiễu động là tín hiệu sóng răng cưa có biên độ là 0,5 và chu kỳ là 2 giây.
Khi không xét đến tín hiệu nhiễu, lỗi theo dõi của hệ thống cấp liệu servo được thể hiện trong Hình 4 và lỗi theo dõi hệ thống nằm trong phạm vi ± 0.006mm; Khi thêm tín hiệu nhiễu mà không quan sát và bù nhiễu, lỗi theo dõi được thể hiện trong Hình 5 và lỗi theo dõi hệ thống nằm trong phạm vi ± 0,02mm; Sau khi sử dụng phương pháp quan sát và bù nhiễu được đề cập trong bài viết, lỗi theo dõi được thể hiện trong Hình 6 và lỗi theo dõi hệ thống nằm trong phạm vi ± 0,007mm. So sánh cho thấy các phương pháp quan sát và bù nhiễu được nghiên cứu có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống nhiễu của hệ thống cấp liệu servo.
Phần kết luận
Tín hiệu nhiễu ở khắp mọi nơi và tại giao diện của trình điều khiển hệ thống servo trong máy công cụ CNC, nhiễu bao gồm độ trôi do thay đổi nhiệt độ và nhiều tín hiệu nhiễu điện khác nhau. Nhiều tín hiệu nhiễu nhiễu khác nhau chắc chắn sẽ làm giảm độ chính xác theo dõi của hệ thống servo. Trong bài viết, một phương pháp quan sát và bù nhiễu nhiễu được thiết kế không phải từ góc độ phần cứng mà từ góc độ bù phần mềm: bằng cách phát hiện điện áp được áp dụng cho trình điều khiển servo và độ dịch chuyển góc quay của động cơ servo, nhiễu nhiễu được quan sát và lượng bù nhiễu được thêm vào đầu ra của bộ điều khiển vị trí để đạt được sự bù. Mô phỏng các tín hiệu nhiễu sóng răng cưa điển hình cho thấy phương pháp quan sát và bù được đề xuất có thể cải thiện hiệu quả độ chính xác theo dõi và tăng cường khả năng chống nhiễu của hệ thống. Phương pháp này là một bổ sung có lợi cho công nghệ chống nhiễu phần cứng.