Kontrola pohybu - Motion control
Řízení pohybu je podoblast automatizace , která zahrnuje systémy nebo dílčí systémy zapojené do pohyblivých částí strojů kontrolovaným způsobem. Systémy řízení pohybu se široce používají v řadě oblastí pro automatizační účely, včetně přesného strojírenství , mikromanagementu , biotechnologie a nanotechnologie . Mezi hlavní zapojené komponenty obvykle patří pohybový ovladač , zesilovač energie a jeden nebo více hlavních tahů nebo akčních členů . Pohybové ovládání může být otevřené smyčky nebo uzavřené smyčky . V systémech s otevřenou smyčkou regulátor posílá příkaz přes zesilovač na hlavní pohon nebo akční člen a neví, zda bylo skutečně dosaženo požadovaného pohybu. Mezi typické systémy patří krokový motor nebo ovládání ventilátoru. Pro přísnější ovládání s větší přesností lze do systému přidat měřicí zařízení (obvykle blízko konce pohybu). Když je měření převedeno na signál, který je odeslán zpět do ovladače, a regulátor kompenzuje jakoukoli chybu, stane se systémem s uzavřenou smyčkou.
Poloha nebo rychlost strojů se obvykle řídí pomocí nějakého typu zařízení, jako je hydraulické čerpadlo , lineární pohon nebo elektrický motor , obecně servo . Řízení pohybu je důležitou součástí robotiky a CNC obráběcích strojů , v těchto případech je však složitější než při použití se specializovanými stroji, kde je kinematika obvykle jednodušší. Ten se často nazývá General Motion Control (GMC). Řízení pohybu je široce používáno v obalovém, polygrafickém, textilním, polovodičovém a montážním průmyslu. Motion Control zahrnuje všechny technologie související s pohybem předmětů. Pokrývá každý pohybový systém od systémů malých velikostí, jako jsou mikroindukční pohony křemíkového typu, až po systémy typu micro-siml, jako je vesmírná platforma. Ale v dnešní době je zaměřením řízení pohybu speciální řídicí technologie pohybových systémů s elektrickými pohony, jako jsou servomotory stejnosměrného/střídavého proudu. Řízení robotických manipulátorů je také zahrnuto v oblasti řízení pohybu, protože většina robotických manipulátorů je poháněna elektrickými servomotory a klíčovým cílem je řízení pohybu.
Přehled
Základní architektura systému řízení pohybu obsahuje:
- Pohybový ovladač, který vypočítává a řídí mechanické trajektorie (pohybový profil), který musí aktuátor dodržovat ( tj . Plánování pohybu ), a v systémech s uzavřenou smyčkou využívá zpětnou vazbu k provádění korekcí řízení a tím k implementaci řízení v uzavřené smyčce.
- Pohon nebo zesilovač k transformaci řídicího signálu z pohybového ovladače na energii, která je prezentována aktuátoru. Novější „inteligentní“ pohony mohou interně uzavřít smyčky polohy a rychlosti, což má za následek mnohem přesnější ovládání.
- Tahač nebo pohon , jako je hydraulické čerpadlo, pneumatického válce, lineární pohon, nebo elektrickým motorem pro výstupní pohyb.
- V systémech s uzavřenou smyčkou jeden nebo více snímačů zpětné vazby, jako jsou absolutní a inkrementální kodéry , rozlišovače nebo zařízení s Hallovým efektem, pro vrácení polohy nebo rychlosti ovladače do ovladače pohybu za účelem uzavření smyček řízení polohy nebo rychlosti.
- Mechanické součásti pro přeměnu pohybu pohonu na požadovaný pohyb, včetně: ozubených kol , hřídelí, kuličkových šroubů , řemenů , táhel a lineárních a rotačních ložisek .
Rozhraní mezi pohybovým ovladačem a pohony, které ovládá, je velmi důležité, když je vyžadován koordinovaný pohyb, protože musí zajišťovat těsnou synchronizaci . Historicky jediným otevřeným rozhraním byl analogový signál, dokud nebyla vyvinuta otevřená rozhraní, která splňovala požadavky koordinovaného řízení pohybu, prvním byl SERCOS v roce 1991, který je nyní rozšířen na SERCOS III . Mezi pozdější rozhraní schopná řízení pohybu patří Ethernet/IP , Profinet IRT , Ethernet Powerlink a EtherCAT .
Mezi běžné ovládací funkce patří:
- Řízení rychlosti.
- Řízení polohy (bod-bod): Existuje několik metod pro výpočet trajektorie pohybu. Ty jsou často založeny na rychlostních profilech pohybu, jako je trojúhelníkový profil, lichoběžníkový profil nebo profil S-křivky.
- Ovládání tlaku nebo síly.
- Impedanční řízení : Tento typ ovládání je vhodný pro interakci prostředí a manipulaci s objekty, například v robotice.
- Elektronické převody (nebo profilování vaček): Poloha podřízené osy je matematicky spojena s polohou hlavní osy. Dobrým příkladem by byl systém, kde se dva rotující bubny otáčejí v daném poměru k sobě navzájem. Pokročilejším případem elektronického řazení je elektronické vačkování. U elektronického vačkování následuje osa slave po profilu, který je funkcí hlavní polohy. Tento profil nemusí být solený, ale musí to být animovaná funkce
Viz také
- Match moving , pro sledování pohybu v počítačem generovaných snímcích
- Mechatronika , věda o počítačem řízených chytrých pohybových zařízeních
- Kontrolní systém
- PID regulátor , proporcionálně-integrálně-derivační regulátor
- Otáčení
- Pneumatika
- Ethernet/IP
- Vysoce výkonný polohovací systém pro ovládání vysoké přesnosti při vysoké rychlosti
externí odkazy
Další čtení
- Tan KK, TH Lee a S. Huang, Precision motion control: Design and implementation , 2nd ed., London, Springer, 2008.
- Ellis, George, Průvodce návrhem řídicího systému, čtvrté vydání: Použití počítače k pochopení a diagnostice řadičů zpětné vazby