Controle dos o más actuadores hidráulicos

Algunas aplicaciones hidráulicas necesitan coordinar el movimiento de dos o más actuadores. Un ejemplo común es mover dos o más actuadores a la misma velocidad y en la misma posición al mismo tiempo. Hay varias formas de resolver este problema.

En el pasado, era común conectar un actuador a otro, siendo uno el actuador principal. Otros actuadores intentarán seguir la posición real del host.

Hay varios problemas con esto. Es difícil calcular la velocidad del host debido al ruido y la resolución de la retroalimentación. Además, debe haber alguna forma de ralentizar al maestro si el esclavo no puede seguir el ritmo. Finalmente, el ejecutor esclavo siempre va a la zaga del ejecutor maestro. Un mejor enfoque es generar el mismo host virtual para cada eje. Si están presentes los siguientes errores, los errores deben ser los mismos para todos los actuadores. Todos los maestros virtuales esclavos se pueden ralentizar.

Hoy en día, los controladores de movimiento modernos generan perfiles de movimiento objetivo para cada actuador que controlan. El perfil de movimiento del objetivo incluye la posición, la velocidad y la aceleración del objetivo. A veces también se calcula la derivada de la sacudida o aceleración objetivo.

La ventaja de seguir un objetivo o un maestro virtual es que el maestro virtual no hace ruido, por lo que puede generar la misma velocidad y aceleración del objetivo para todos los esclavos. El esclavo puede usar esta información para generar feedforwards de velocidad y aceleración. Esto reduce en gran medida los errores de seguimiento.

Feedforward estima o predice la salida de control requerida para que el actuador se mueva a cualquier velocidad y aceleración objetivo. Si esta estimación está dentro del 5 % del valor real, el PID solo necesita corregir el 5 % del error, no todo.

Las posiciones objetivo, las velocidades y las aceleraciones se generan para todos los esclavos, y el operador puede generar diferentes perfiles de movimiento para todos los actuadores y ejecutarlos en función del tiempo. A veces, los actuadores tienen que moverse a diferentes posiciones, a diferentes distancias y velocidades al mismo tiempo, pero aun así llegan al mismo tiempo. Esto se hace fácilmente configurando el actuador que necesita moverse más lejos como actuador principal.

A continuación, para cada actuador esclavo, encuentre la relación entre la distancia del actuador esclavo y la distancia del actuador maestro, luego multiplique la velocidad, la aceleración y la desaceleración del actuador maestro por esta relación para obtener la velocidad y la aceleración del actuador esclavo. y desaceleración. Por lo tanto, si el esclavo necesita moverse la mitad de la distancia del maestro, la velocidad, aceleración y desaceleración objetivo del esclavo serán la mitad de la velocidad, aceleración y desaceleración objetivo del maestro.

Un ejemplo de esto es la aplicación del cabezal de aserradero. Los troncos no son cilindros perfectos;Son ligeramente cónicos o cónicos. Para obtener la madera más útil del tronco, las rodillas del cabezal deben moverse diferentes distancias para colocar el tronco en la mejor posición para el corte. Pero es importante que todas las rodillas se muevan sincronizadas y se muevan a la posición final al mismo tiempo, para que no doblen el tronco.

En algunas aplicaciones, el actuador se mueve en función del tiempo utilizando una función independiente. Los actuadores X e Y pueden cortar patrones de una pieza de material. Por lo tanto, cada actuador necesita ejecutar su perfil de movimiento de acuerdo con el tiempo. Si los actuadores X e Y tuvieran que realizar la misma función, simplemente se moverían hacia adelante y hacia atrás en línea recta. Esto no ayuda;Los perfiles de movimiento X e Y deben ser diferentes.

Una forma es usar tablas de levas o splines cúbicos. Una mesa de leva permite al operador indicar un conjunto de posiciones en función de un conjunto de tiempo. Cada ejecutor puede tener su propio conjunto de posiciones, pero deben compartir el mismo conjunto de tiempos. Esto garantiza que los actuadores X e Y puedan estar en las coordenadas x, y especificadas en el momento especificado. Esta técnica se puede extender a más de dos actuadores si se desea.

La versión más compleja ocurre cuando se ejecutan múltiples actuadores utilizando una tabla de levas/spline cúbica como una función de un host o codificador externo. Un ejemplo de la industria del aserradero consiste en mover troncos a través del cabezal de la astilladora y la cadena de alimentación de la sierra. En este caso, el codificador conectado a la cadena de alimentación calcula la velocidad de la cadena.

El codificador se restablece a 0 cuando el registro destruye el ojo de la luz. El conteo o la posición del codificador se usa para indexar la mesa de leva/espina cúbica de cada actuador a su posición. La ventaja de esto es que si la cadena cambia de velocidad, todos los engranajes cambiarán de velocidad en consecuencia. Esto requiere algunas matemáticas complejas, pero se hace dentro del controlador de movimiento.

En la práctica, el conjunto de posiciones de la mesa de levas se descarga al cortar el registro anterior. Cada registro es diferente, así que siempre descargue un conjunto diferente de ubicaciones para cada registro.

La dificultad con este enfoque es que el actuador ahora está emparejado con el codificador de la cadena de alimentación. Es fácil leer el conteo y escalarlo a la posición. Sin embargo, cuando hay mucha fluctuación en el codificador de la cadena de alimentación, puede ser difícil calcular la velocidad exacta porque cada eslabón de la cadena pasa por encima de la rueda dentada. Esto dificulta el cálculo de la velocidad y la aceleración de la cadena de alimentación, pero es necesario utilizar la ganancia de avance.

La cadena de alimentación debe funcionar a velocidad constante, por lo que los cálculos de aceleración pueden no ser importantes. Pero la velocidad de la cadena es importante porque se usa para calcular la velocidad objetivo del actuador esclavo. Si se pueden calcular velocidades y aceleraciones objetivo precisas para los actuadores esclavos, se pueden usar para calcular el avance y mejorar el seguimiento. El filtrado puede reducir el ruido del codificador debido a las ruedas dentadas y mejorar la estimación de la velocidad.

En general, los ingenieros no deben aceptar comentarios de actuadores que no estén controlados por un controlador de movimiento. Si un controlador de movimiento controla un actuador, se deben usar la posición, la velocidad y la aceleración del objetivo, no la retroalimentación o la posición, la velocidad y la aceleración reales. Siempre intente seguir las posiciones, velocidades y aceleraciones de los objetivos generados por computadora, ya que estos suelen ser valores de punto flotante de alta precisión en lugar de ruido y posiciones cuantificadas.

Peter Nachtwey es presidente de Delta Computer Systems Inc., Battlefield, estado de Washington. Para más información visite deltamotion.com .

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