정밀도 및 성능을 위한 제진

정밀도 및 성능을 위한 제진

STXI Motion의 고급 제진기술로 더 부드러운 모션, 더 빠른 안정화 시간 및 더 정확한 위치제어를 달성합니다.

산업용 로봇과 기계 시스템은 종종 위치 제어 시스템에 영향을 미치고 시스템 불안정을 유발하는 진동에 취약합니다. 진동은 일반적으로 로봇 관절 또는 기계 커플링에 의해 유입되는 공진 주파수 및 비선형 힘에 의해 발생합니다.

현대 기계의 증가하는 클록 속도와 경량 구조 또한 진동하는 성향을 상승시킵니다. 예를 들어, 갠트리 로봇 설계는 무게나 비용의 설계 제한으로 인해 덜 단단한 기계적 구조를 사용할 수 있습니다. 돌출부의 하중이 있는 애플리케이션에서 엔드 이펙터와 갠트리 로봇 축간의 유연한 링크는 모든 정지 또는 이동을 반복할 때 장비를 과도하게 진동시킬 수 있습니다. 정밀도를 유지하려면 진동이 멈출 때까지 기계를 일시적으로 멈춰야 합니다. 최고 시스템 성능을 달성하려면 안정화 시간이 가능한 한 짧아야 합니다.


그림 1 갠트리 로봇과 같이 돌출부 하중이 있는 애플리케이션에서 제진은 많은 부분의 기계 구조에 대한 필요를 제거합니다.

CDHD 서보 드라이브 시리즈에 구현된 고급 제진제어는 일정한 주파수에서 진동을 발생시키는 시스템을 신속하게 안정화하는 역할을 합니다. 독자적 제어 알고리즘으로 팔로잉에러와 부하에 대한 안정화 시간을 줄입니다.

제진 기능은 폐루프에서 실행되어 진동이 발생하면 이를 감지하고 즉시 감쇠합니다. 부하로 인한 진동을 능동적으로 감쇠함으로써 Servotronix 드라이브는 무거운 하중 또는 엔드 이펙터가 목표 위치에 정착하는 데 걸리는 시간을 현저하게 줄입니다. 엔코더에서 볼 수 있는 팔로잉에러가 더 높을 수 있지만 부하 위치에서 판단된 시스템의 전체 성능은 크게 향상됩니다.

그림 2 제진기능을 갖춘 CDHD 서보 드라이브

제진 과정

제진과정은 그림 3에 나타나 있는 바와 같이 4 단계로 되어 있습니다.

1단계: 위치 오차 및 전류와 같은 제어 변수를 입력으로 사용하여 시스템에 대한 퍼터베이션을 감지합니다. 값이 계산됩니다.

2단계: 시스템 진동에 의해 유도되는 퍼터베이션을 선택하기 위해 퍼터베이션 값이 협대역 패스 필터를 통과합니다. 중심 주파수와 패스 필터의 밴드폭은 두 개의 파라미터로 설정됩니다.

3 단계: 보정된 출력값을 산출합니다.

4 단계: 보정된 출력값이 댐핑게인 파라미터를 사용하여 제어 변수에 추가됩니다.


그림 3. 제진 과정

고주파수에서 발생하는 진동의 경우 CDHD 드라이브는 표준 로우패스필터와 노치 필터에 의존합니다. 독점적인 제진기능은 5Hz~400Hz 범위의 낮은 공진 주파수에 의해 유도된 진동을 제어하기 위해 개발되었습니다. 이 기능은 또한 몇 가지 뚜렷이 공진이 발생하는 시스템을 감쇠할 수 있습니다.

제진기술은 드라이브의 오토 튜닝 절차를 통해 자동으로 적용됩니다. 먼저 진동 주파수를 측정하고 제진 주파수를 설정합니다. 그런 다음 댐핑이 감지될 때까지 제진 게인이 점진적으로 증가합니다. 또한 Servotronix의 그래픽 기반 유저 인터페이스 소프트웨어인 ServoStudio™를 사용하면 사용자가 쉽게 수동으로 설정값을 조정하고 모니터링할 수 있습니다.

STXI의 제진 방법은 그림 4에서와 같이 부하가 플렉시블 커플링에 의해 전달되는 서보 시스템의 성능을 현저하게 향상시킵니다.


그림 4 제진 시연 (비디오를 클릭하십시오.)

이러한 유형의 커플링에는 상당한 유연성이 있습니다. 모터의 서보 제어는 이동 중 포지션에러가 0에 가깝도록 설정되면 각 위치에서 부하가 강하게 진동합니다. 더욱이 가속도가 변할 때마다 저크를 생성하여 부하의 진동을 더욱 증가시킵니다.

그림 5와 6은 이 시스템에서 제진기능을 적용하기 전과 후에 기록된 안정화 시간의 흔적을 보여줍니다. 제진기능이 없는 경우, 안정화 시간은 1초 반 이상입니다. 제진기능이 적용되면 안정화 시간이 거의 1/4초로 단축됩니다.


그림 6 제진기능을 통해 드라이브가 진동 에너지를 흡수하여 안정화 시간을 크게 단축

STXI의 제진기능은 무거운 하중이 지정 경로에서 벗어나는 로봇 애플리케이션에서 매우 효과적인 것으로 입증되었습니다. 그림 7은 CDHD 드라이브를 사용하는 시스템에서 제진기능 적용 전후의 로봇 경로를 보여줍니다. 기능이 적용되지 않으면 진동으로 인해 의도한 경로에서 벗어나게 됩니다. 기능이 적용되면 경로 추종이 정확하고 매끄럽게 됩니다.

제진기능이 적용되지 않으면 경로 추종 정밀도가 불완전합니다. 제진기능이 적용되면, 경로 추종이 정확하고 부드럽습니다.

그림 7 제진기능이 적용되면 경로 추종 정밀도가 개선됩니다.

자동화된 애플리케이션은 매달린 하중, 볼 나사 또는 벨트 구동 리니어 슬라이드 또는 비강성 모터 부하 커플링을 사용할 때마다 진동의 위험이 있습니다. 제진 제어를 표준 기능으로 사용하는 CDHD 드라이브는 전자부품 조립, 반도체, 공작 기계 및 실험실 자동화와 같은 응용 분야에서 기계의 사이클 타임과 성능을 효과적으로 개선할 수 있습니다.

자동화된 애플리케이션은 매달린 하중, 볼 나사 또는 벨트 구동 리니어 슬라이드 또는 비강성 모터 부하 커플링을 사용할 때마다 진동의 위험이 있습니다. 제진 제어를 표준 기능으로 사용하는 CDHD 드라이브는 전자부품 조립, 반도체, 공작 기계 및 실험실 자동화와 같은 응용 분야에서 기계의 사이클 타임과 성능을 효과적으로 개선할 수 있습니다.

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