Dynaamisen paikoituskoneen toiminnan tutkiminen ja kehittäminen taajuusvasteanalyysin perusteella identifioidun simulointimallin avulla

Abstract

Sähköservokäyttöiset paikoituskoneet ovat laajalti käytössä valmistusteollisuudessa ja erilaisten mekanismien ansiosta ne sopivat hyvin monenlaisiin sovelluksiin. Sovellusten toteutuksessa ja analysoinnissa ei kuitenkaan välttämättä hyödynnetä simulointia, mallinnusta ja taajuusvasteanalyysiä. Tässä diplomityössä luotiin Amesim-simulointimalli erään koneenrakentajan kaupallisessa tuotannossa olevasta lävistyskoneesta, minkä avulla oli tarkoitus tutkia ja kehittää oikean koneen toimintaa pyrkien nostamaan sen maksimi-iskutaajuutta.

Työssä mallinnettiin lävistyskoneen mekaniikka Amesim-simulointiympäristöön, jonka suureille valittiin arvot oikealla koneella tehdyn taajuusvasteanalyysin perusteella. Simulointimalliin toteutettiin lisäksi oikean koneen ohjausta mahdollisimman hyvin jäljittelevä ohjaus sisältäen liikeprofiilin muodostamisen, paikkasäätimen ja servokäytön nopeussäätimellä sekä kuorman simuloinnin. Lisäksi malliin toteutettiin vääntömomentin rajoitus pyörimisnopeuden funktiona sekä I2t-tarkkailu.

Oikeasta koneesta saatuja ajonaikaisia kuvaajia vertailtiin simuloituihin kuvaajiin. Lävistyskoneen säätöpiirit viritettiin sekä simulointimallissa, että todellisessa koneessa vertaillen tuloksia. Maksimi-iskutaajuuden nostoa varten muodostettiin erilaisia profiileja, joita testattiin simulointimallissa. Oikean koneen kokeellisissa testeissä jouduttiin testaamaan ajamista hieman erilaisilla liikeprofiileilla, joita jälkeenpäin testattiin simulointimallissa. Todettiin kokeellisten ja simuloitujen liikeprofiilien täsmäävän keskenään hyvin ja työn tavoitteessa maksimi-iskutaajuuden nostossa onnistuttiin. Yhteenvetona todettiin simulointimallin vastaavan hyvin oikeaa lävistyskonetta ja sen olevan täten käyttökelpoinen myös lävistyskoneen muuhun tutkimukseen ja kehitykseen kuin maksimi-iskutaajuuden nostoon.

Servo electric positioning machines are widely used in the manufacturing industry and various mechanisms make them well suited for a wide range of applications. Simulation, modelling and frequency response analysis are not necessarily used in the implementation and analysis of applications. In this master’s thesis an Amesim simulation model of a certain machine manufacturers commercially produced punching machine was created, by which help the functionality of the machine were to be analyzed and developed having the increasing of the maximum punching frequency of the real machine as a target.

The mechanics of the punching machine were modelled in the Amesim simulation environment, the quantities of which were given values based on the frequency response analysis of a real machine. In addition, control was implemented in the simulation model based on the equivalent of the real machine, including the creation of a motion profile, position controller and servo drive with a speed controller, as well as load simulation. In addition, torque limitation as a function of rotational speed and I2t monitoring were implemented in the model.

Process graphs obtained from a real machine were compared with simulated graphs. The control circuits of the punching machine were tuned both in the simulation model and in the actual machine, comparing the results. To increase the maximum punching frequency, various profiles were formed and tested in the simulation model. In the experimental tests of a real machine, driving had to be done with slightly different motion profiles, which were subsequently tested in the simulation model. It was found that the experimental and simulated motion profiles matched well with each other, and the target of the work to increase the maximum punching frequency was successfully carried out. To sum up, it was concluded that the simulation model corresponds well to the real punching machine and is therefore also useful for research and development of the machine apart from increasing the maximum punching frequency.