Lineaarisen hammashihnaservokäytön tilasäätö
Saarakkala, Seppo (2008)
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200805291481
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200805291481
Tiivistelmä
Tuotantotehokkuus näyttelee yhä suurempaa roolia teollisuudessa, minkä vuoksi myös pakkauslinjastoille joudutaan asettamaan suuria vaatimuksia. Usein leikkaus- ja kappaleensiirtosovelluksissa käytetään lineaarisia ruuvikäyttöjä, jotka voitaisiin tietyin edellytyksin korvata halvemmilla ja osittain suorituskykyisimmillä hammashihnavetoisilla johteilla.
Yleensä paikkasäädetty työsolu muodostuu kahden tai kolmen eri koordinaatistoakselin suuntaan asennetuista johteista. Tällaisen työsolun paikoitustarkkuuteen vaikuttavat muun muassa käytetty säätörakenne, moottorisäätöketjun viiveet, sekä laitteiston eri epälineaarisuudet, kuten kitka.
Tässä työssä esitetään lineaarisen hammashihnaservokäytön dynaamista käytöstä kuvaava matemaattinen malli ja laaditaan mallin pohjalta laitteen simulointimalli. Mallin toimivuus varmistetaan käytännön identifiointitesteillä. Lisäksi työssä tutkitaan, kuinka hyvään suorituskykyyn lineaarinen hammashihnaservokäyttö kykenee, jos teollisuudessa paikoitussäätörakenteena tyypillisesti käytetty kaskadirakenne tai PID-rakenne korvataan kehittyneemmällä mallipohjaisella tilasäädinrakenteella. Säädön toimintaa arvioidaan simulointien ja koelaitteistolla suoritettavien mittausten perusteella. Nowadays, when production rate plays an important role in industrial applications, requirements for example for packaging machines have become more and more stringent. When considering packaging machinery, or cutting machines a ball screw feed drives are often used in order to get accurate results. However, in some qualifications, the ball screw feed drives can be replaced by cheaper and higher performance tooth-belt drives.
Usually, a position controlled working station consists of guides installed in two or three different coordinate axis. Accuracy of this kind of working station is limited by the structure of the position controller, delays in the controller loop, and several non-linearities in the system; as an example the non-linear friction.
In this thesis a mathematical model for linear tooth-belt servo drive is introduced and a simulation model for two dimensional tooth-belt drive is formed. The effectiveness of the simulation model is tested with identification measurements. Model based state-feedback control structure is studied and the performance of the control is tested with simulations and also by experimental tests, which are carried out with the laboratory test system.
Yleensä paikkasäädetty työsolu muodostuu kahden tai kolmen eri koordinaatistoakselin suuntaan asennetuista johteista. Tällaisen työsolun paikoitustarkkuuteen vaikuttavat muun muassa käytetty säätörakenne, moottorisäätöketjun viiveet, sekä laitteiston eri epälineaarisuudet, kuten kitka.
Tässä työssä esitetään lineaarisen hammashihnaservokäytön dynaamista käytöstä kuvaava matemaattinen malli ja laaditaan mallin pohjalta laitteen simulointimalli. Mallin toimivuus varmistetaan käytännön identifiointitesteillä. Lisäksi työssä tutkitaan, kuinka hyvään suorituskykyyn lineaarinen hammashihnaservokäyttö kykenee, jos teollisuudessa paikoitussäätörakenteena tyypillisesti käytetty kaskadirakenne tai PID-rakenne korvataan kehittyneemmällä mallipohjaisella tilasäädinrakenteella. Säädön toimintaa arvioidaan simulointien ja koelaitteistolla suoritettavien mittausten perusteella.
Usually, a position controlled working station consists of guides installed in two or three different coordinate axis. Accuracy of this kind of working station is limited by the structure of the position controller, delays in the controller loop, and several non-linearities in the system; as an example the non-linear friction.
In this thesis a mathematical model for linear tooth-belt servo drive is introduced and a simulation model for two dimensional tooth-belt drive is formed. The effectiveness of the simulation model is tested with identification measurements. Model based state-feedback control structure is studied and the performance of the control is tested with simulations and also by experimental tests, which are carried out with the laboratory test system.