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Smart Tuning: Automatische Regleroptimierung für höhere Prozessqualität
Lesedauer ca. min.
Baumüller SmartValue
Holen Sie mit IoT mehr aus Ihrer Antriebstechnik raus: Baumüller SmartValue steht für den Mehrwert, den intelligente Antriebstechnik für Maschinenbau und Maschinenbetreiber bietet. Mit Baumüller SmartValue erweitern wir den Leistungsumfang unserer Servoantriebe: Auf Basis der schon vorhandenen Daten wie Leistung, Strom, Drehmoment, Drehzahl oder Position werden dem Anwender weitere wichtige Informationen z.B. zum Betriebszustand der Maschine geliefert oder direkt im Antrieb Entscheidungen getroffen, um Maschinenausfälle zu vermeiden. Das gleiche gilt für die zugehörige Auslege-Software: Mit ihr wird die Motor-Regler-Kombination optimal für die jeweilige Applikation dimensioniert und die Regler parametriert. Darüber hinaus kann über Simulation die Auslegung sofort am digitalen Zwilling verifiziert und direkt optimiert werden.
Inhaltsverzeichnis
Das Problem
Die Dynamik eines Antriebssystems – und damit auch die Konstanz der Prozessqualität und die Produktivität der Maschine – wird stark durch die Einstellung der für das Regelverhalten zuständigen Parameter beeinflusst. Die Ermittlung einer optimal abgestimmten Einstellung im Servoregler erfordert jedoch großes Fachwissen und viel Erfahrung, was sich bei der Inbetriebnahme oft sehr zeitaufwändig gestaltet. Problematisch sind dabei in vielen Fällen Schwingungen, die bei hohen Dynamiken im System entstehen. Diese erschweren die Optimierung zusätzlich.
Die Lösung
Mit der Drive-integrierten Funktion „Smart Tuning“ ermöglicht Baumüller hohe Prozessqualität und maximalen Output durch eine Selbstoptimierung, welche die optimalen Reglereinstellungen für die vorhandene Regelstrecke ermittelt. Da die Einstellungen des Reglers hauptsächlich vom Lastträgheitsverhältnis zwischen Servomotor und der angetriebenen Last abhängen, wird zunächst die Trägheit des Systems ermittelt. Dazu wird der Motor inklusive der dazugehörigen Last zunächst beschleunigt und anschließend wieder abgebremst.
Ist die Trägheit des Systems bekannt, werden mit Hilfe der Analysesoftware ProDrive die entsprechenden Parameter im Umrichter automatisch optimiert. Dabei kann stufenlos zwischen zwei verschiedenen Reglereinstellungen gewählt werden: einer weichen, wenig dynamischen bis hin zu einer harten, sehr dynamischen Einstellung. Zusätzlich werden vorhandene Reibmomente erkannt und bei der Optimierung berücksichtigt.
Reicht dieses einfache, aber dennoch wirkungsvolle Verfahren nicht aus, um ein optimales Ergebnis zu erzielen, kann in einem weiteren Schritt die Frequenzganganalyse (Bode-Diagramm) zur Optimierung verwendet werden. Hier wird die Regelstrecke über ein Signal (z. B.: weißes Rauschen) angeregt und das dazu entsprechende Übertragungsverhaltung ermittelt.
Dabei werden auch Frequenzen erkannt, an denen Resonanzen auftreten. Diese können dann durch Filter gedämpft werden, deren Koeffizienten automatisch berechnet werden. Mit diesen Filtern kann eine Kompensation der Resonanzen erreicht werden.
Bode-Diagramm
Das Bode-Diagramm stellt die Amplitudenverstärkung und die Phasenverschiebung einer Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von der Frequenz dar. Es beschreibt den Zusammenhang zwischen einer harmonischen Anregung an einem Eingang des Systems und dem zugehörigen Ausgangssignal. Diese Art der Darstellung ist nach Hendrik Wade Bode benannt und wird häufig in der Regelungstechnik zur Darstellung der Eigenschaften der Regelstrecke verwendet.
Frequenzganganalyse eines Antriebssystems zur Ermittlung der optimalen Reglereinstellung
Der Nutzen
Die automatischen Funktionen zur Trägheitsmessung und Schwingungsanalyse ermöglichen:
- Höhere Qualität
- Höheren Ausstoß
- Zeitersparnis während der Inbetriebnahme
- Regelmäßige Optimierung der Maschine
Jürgen Dlugosch
Senior Product Manager I Baumüller Nürnberg GmbH