S-образный профиль разгона и торможения электропривода

   На многих предприятиях требуется плавный разгон и торможение заготовок, что в свою очередь накладывает дополнительные условия к выбору техники при проектировании линии. Если разгон будет резким, то заготовка может съехать с своего места и опрокинуться, что приведёт к аварии, а если разгон будет плавным, то будет низкая производительность системы. Для того чтобы не терять в производительности применяется S-образный профиль разгона и торможения, который позволяет плавно стронуть заготовку (например бутылку или колбу) с места, разогнать её до требуемой скорости и плавно выйти на нужную скорость. При таком разгоне меньше изнашивается механика, за счёт плавного сцепления механических частей при разгоне и торможении.
  S-образный профиль позволяет сгладить начало и конец разгона/торможения, тем самым снижая пиковые нагрузки в механике. Использование этой функции уменьшает колебания в механике, тем самым снижая вибрацию и уменьшая время выхода на установившийся режим, при этом увеличивая срок службы механической части станка. Применяя эту функцию в системах намотки фольги, нитей, проволоки и т.п. можно избежать разрыва продукции, так как разгон и торможение будут плавными, без рывков.

Решение и преимущества

   Давайте рассмотрим S-образный профиль для контроллеров управления движения MPiec в программном обеспечении MotionWorks IEC. На рисунке 1 представлено сравнение времени отработки задания при использовании S-образного профиля ускорения и без него.

Бирюзовая характеристика - зависимость скорости от времени без использования S-образного профиля;

Красная характеристика - зависимость скорости от времени с использованием S-образного профиля;

Розовая характеристика - зависимость текущей позиции от времени без использования S-образного профиля;

Синяя характеристика - зависимость текущей позиции от времени с использованием S-образного профиля.

S_curve_Logic_Analyzer.png

Рисунок 1. Зависимость скорости и позиции сервомоторов Sigma 7 от времени, с S-образным профилем разгона/торможения и без.

   Сравнив розовый и синий графики видно, что сервомоторы отработали одинаковую дистанцию, но скорость отработки заданной дистанции разная. Сравнив бирюзовый и красный графики видно, что линейное ускорение у сервомоторов одинаковое, но красный график идёт с запозданием, так как начало разгона и конец разгона красного графика нелинейны. Посмотрев на окончание движения видно, что в итоге красный график запаздывает на 200 мс = 0,2 с (данное значение было задано в программном обеспечении MotionWorks IEC), но зато график не имеет пиков нагрузок и перерегулирования, так как всё движение идёт плавно.

Расчёт и программная реализация S-образной кривой в MotionWorks IEC

     Если нам нужна отработка движения за такой-же промежуток времени, как и без S-образной кривой, то тогда рассмотрим расчёт параметров S-образного профиля и его программную реализацию.
  1. Настройка параметров сервопривода 1300 и 1301.

    Для включения функции S-образного профиля необходимо изменить параметр 1300 (Moving average filter 1 Enable). Значение нужно установить = True (по умолчанию стоит False). В параметре 1301 Moving Average Filter 1 Time Constant устанавливается постоянная времени работы фильтра (в нашем случае это значение 0,2 с). Эта константа определяет временной промежуток, в течение которого активен фильтр (промежутки начала и конца разгона и торможения).
    S_curve_param_1300_1301.PNG
  2. Расчёт ускорения при использовании S-образного профиля.

    Начальные условия:
    Требуемая постоянная скорость RCV (Required Constant Velocity) = 50 м/c
    Ускорение без использования S-образного профиля OA (Old Acceleration) = 100 м/с2
    Требуемое перемещение RTD (Required Travel Distance) = 100 м
    Настройка S-образного профиля:
    Включить параметр Pn1300 = True
    Prm1301 = 0,2 с
    Рассчитаем следующие параметры:

    a.       Время ускорения без S-образного профиля OAT(Old Acceleration Time):
    Время ускорения без S-образного профиля OAT (Old Acceleration Time) = требуемая постоянная скорость RCV (Required Constant Velocity) / Ускорение без использования S-образного профиля OA (Old Acceleration)
    OAT = RCV/OA = 50/100 = 0,2 с

    b.      Время движения с постоянной скоростью OCVT (Old Constant Velocity Time):
    Время движения с постоянной скоростью OCVT (Old Constant Velocity Time) = Общее время движения TtT (Total travel Time) - 2* Время ускорения без S OAT (Old Acceleration Time)
    OCVT = TtT-2*OAT =  3-2*1 = 1 c; 
    Время можно рассчитать, подставив необходимые значения в уравнение перемещения или взять из графика.

    c.       Общее время движения TtT (Total travel Time)
    Общее время движения TtT (Total travel Time) = Время ускорения без S OAT (Old Acceleration Time) + Время движения с постоянной скоростью OCVT (Old Constant Velocity Time) + Время ускорения без S OAT (Old Acceleration Time)
    TtT = OAT+OCVT+OAT = 1+1+1 = 3 с

    d.      Время ускорения с S Nat (New acceleration time) и время торможения с S Ndt (New deceleration time)
    Время ускорения с S Nat (New acceleration time) = Время ускорения без S OAT (Old Acceleration Time) - Prm1301
    Nat = OAT-Prm1301 = 1-0,2 = 0,8 c
    Время торможения c S Ndt (New deceleration time) = Время ускорения без S OAT (Old Acceleration Time) – Prm1301
    Ndt = 1-0,2 = 0,8 c

    e.       Время движения с постоянной скоростью 2 NCVT2 (New Constant Velocity Time 2):

    Время движения с постоянной скоростью 2 NCVT2 (New Constant Velocity Time) = Время движения с постоянной скоростью OCVT (Old Constant Velocity Time) + Prm1301
    NCVT2 = OCVT + Prm1301 = 1+0,2 = 1,2 c

  3. Зная все времена подставим в уравнения для расчета получившегося значения ускорения и замедления:

    Ускорение с S NA (New Acceleration) = Требуемая постоянная скорость RCV (Required Constant Velocity) / Время ускорения с S Nat (New acceleration time)
    NA = RCV/Nat = 50/0,8 = 62,5 м/с2
    Замедление с S ND (New Deceleration) = Требуемая постоянная скорость RCV (Required Constant Velocity) / Время замедления с S Nad (New deceleration time)
    ND = RCV/Nad = 50/0,8 = 62,5 м/с2

      На рис. 2 представлены графики после расчёта ускорения и внесения данных в программу.

Розовая характеристика - зависимость скорости от времени без использования S-образного профиля;

Синяя характеристика - зависимость скорости от времени с использованием S-образного профиля;

Зелёная характеристика - зависимость текущей позиции от времени без использования S-образного профиля;

Бирюзовая характеристика - зависимость текущей позиции от времени с использованием S-образного профиля.

S_curve_Logic_Analyzer_final.PNG

Рисунок 2. Зависимость скорости и позиции сервомоторов от времени, после внесения расчётных данных в контроллер управления движением MP3300iec

   При использовании различных значений ускорения и замедления способ расчета не изменяется.

   На рисунке 3 представлен пример программной реализации расчёта с другими значениями. Данный расчёт актуален для контроллеров управления движением серии MP, при программировании в MotionWorks IEC.
MotionWorksIEC.PNG

Рисунок 3. Программная реализации S-образного профиля ускорения/замедления в MotionWorks IEC.

   Рассмотренный алгоритм расчета актуален и для настройки преобразователей частоты YASKAWA, в которых уже есть встроенная функция S-образного профиля разгона/торможения. Так, например, в преобразователях YASKAWA серий V1000, A1000, GA700 параметры С2: позволяют отрегулировать время разгона в начале S-образного профиля и при выходе на установившуюся скорость: аналогично и для замедления (торможения). 

СИНХРОННЫЕ РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ (СРД)
YASKAWA: ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ MOTIONWORKS IEC 3.4
ПРИВОДНАЯ ТЕХНИКА YASKAWA В УПАКОВОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ