Introduction au système servo CNC

CNC servo système est une partie importante des machines-outils CNC, utilisé pour réaliser le contrôle servo alimentation des machines-outils CNC et le contrôle servo fuseau. La fonction du système de servo de commande numérique est de recevoir les informations de commande du dispositif de commande numérique, après amplification de puissance, traitement plastique, dans les parties exécutives de machine-outil du déplacement linéaire ou mouvement de déplacement angulaire. Étant donné que le système servo CNC est le dernier maillon des machines-outils CNC, ses performances affecteront directement la précision et la vitesse des machines-outils CNC et d’autres indicateurs techniques. Par conséquent, le servo de conduite de la machine-outil cnc nécessite de bonnes performances de réponse rapide, suivi précis et sensible du signal de commande numérique envoyé par le dispositif nc, et peut exécuter fidèlement la commande à partir de l’appareil nc, afin d’améliorer les caractéristiques dynamiques suivantes et la précision de suivi statique du système. L’élément de mesure détecte la valeur de déplacement réelle de chaque axe de coordonnées de la machine-outil cnc et l’introduit dans le dispositif nc de la machine-outil à travers le système de rétroaction.

Le système de servo de commande numérique est un système de commande automatique avec le déplacement mécanique comme cible de commande directe. Il peut également être appelé système de suivi de position, ou système servo pour faire court. Il existe deux types principaux de système servo de machine-outil CNC : l’un est le système servo d’alimentation, il contrôle la machine-outil chaque axe de coordonnées du mouvement d’alimentation de coupe, principalement le mouvement linéaire ; L’autre est le système de servo de fuseau, qui contrôle le mouvement de coupe de fuseau, principalement le mouvement rotatif. Les méthodes de contrôle du système servo sont principalement divisées en trois sortes : boucle ouverte, boucle fermée et boucle semi-fermée. Il se réfère en fait au système servo pour atteindre le contrôle servo position de trois façons.

Processus de développement du système Servo :

En raison des caractéristiques du moteur synchrone à aimant permanent (PMSM), qui est couplé, variant dans le temps et non ligne, il est difficile de contrôler le PMSM et d’obtenir de meilleures performances de contrôle de la vitesse. Jusqu’en 1971, la théorie de la lutte antivectorielle proposée par le Dr F.blaschke de Siemens en Allemagne a fait un bond qualitatif dans la théorie du contrôle du moteur ac pour la première fois. Contrôle vectoriel la méthode de transformation vectorielle a été adoptée, par moteur ac, le flux magnétique et le découplage de couple, le contrôle du moteur synchrone aimant permanent est similaire au contrôle du moteur dc, améliorant ainsi grandement les performances de contrôle, devenir la méthode de contrôle de base de l’entraînement ac, le moteur synchrone aimant permanent a de bonnes performances de contrôle de la vitesse et la performance de contrôle de position , ainsi dans le système de servo d’alimentation de machine-outil cnc a été largement utilisé. Le système ac servo des machines-outils CNC adopte largement trois technologies de contrôle en boucle (boucle actuelle, boucle de vitesse et boucle de position)PID, qui a été produit et sérialisé. Cependant, il y a encore quelques problèmes dans le mode traditionnel de commande PID à trois anneaux du moteur synchrone permanent d’aimant permanent dans l’application des machines-outils de CNC :

Le paramètre du régulateur est compliqué et l’erreur est importante. La conception manuelle traditionnelle des paramètres de régulateur du système servo doit simplifier le système, ce qui entraîne une augmentation des erreurs, et le système ne fonctionne pas sous l’état optimal.

Le contrôle de découplage du système servo a besoin d’un modèle mathématique précis du système. Il a une forte dépendance sur les paramètres du système (tels que le coefficient de couple du moteur, la structure du système mécanique, la taille et la fréquence de la force de coupe, etc.). Lorsque les paramètres changent, les performances du système peuvent devenir médiocres.

Dans les résultats de recherche traditionnels, la plupart des objets de recherche ne considèrent que le contrôle du moteur, considèrent rarement l’appariement des paramètres mécaniques et électriques et l’influence de la force de coupe dynamique sur la performance dynamique du système servo pendant l’usinage. Dans le système servo d’alimentation des machines-outils nc entièrement fermées, le système d’alimentation mécanique et le processus de coupe physique sont contenus dans la boucle de position, et ils ne sont pas complètement séparés sous-systèmes du système de commande de servo électrique, mais un nouveau système électromécanique intégré est formé par le couplage de la boucle de rétroaction.

Afin d’améliorer les performances globales des machines-outils du CNC, des experts et des chercheurs du CNC ac servo, un système complet de haut niveau, complexe et complet, a mené des recherches approfondies et fructueuses, notamment :

La recherche sur le contrôle de la rémunération des facteurs d’influence non ligneaires du système servo des machines-outils nc est très fructueuse, et de nombreuses réalisations théoriques ont été appliquées dans la pratique.

Afin d’améliorer considérablement les performances du système servo, un nouveau mode de contrôle est adopté pour le système de servo CNC de haute précision et de haute performance, et des méthodes de contrôle modernes telles que le réseau neuronal, le système expert, le contrôle adaptatif, le contrôle robuste et le contrôle flou sont introduits dans le contrôle du système servo.

Les performances du système servo sont améliorées en utilisant la stratégie de contrôle composite. En fait, chaque stratégie de contrôle a ses avantages et certains problèmes. Par conséquent, l’interpénétration et la combinaison de diverses stratégies de contrôle peuvent surmonter les lacunes d’une stratégie unique, améliorer les performances de contrôle, et mieux répondre aux exigences du système servo de machines-outils CNC. Il existe deux formes principales de stratégie de contrôle composite : l’une consiste à adopter une nouvelle stratégie de contrôle basée sur la stratégie traditionnelle de contrôle du PID; l’autre est d’adopter deux ou plusieurs nouvelles stratégies de contrôle. L’accent est mis sur la combinaison du contrôle du réseau neuronal et du contrôle flou. Le contrôle des composés sera une tendance à l’avenir.

Identification en ligne du système. Système de servo ac pour les machines-outils CNC, y compris les paramètres permanents du moteur synchrone de l’aimant permanent (couple constant, résistance au stator et l’inductance stator, etc.) va changer dans l’opération, ou le changement est la partie mécanique des propriétés du système, les paramètres de coupe peuvent également être modifiés, ces situations pour le système de machine-outil de contrôle numérique est inévitable. Cela conduira à la mauvaise qualité du contrôleur général conçu en fonction des paramètres exacts, ce qui entraînera la dégradation des performances du système. L’algorithme adaptatif et le contrôle du réseau neuronal sont utilisés pour identifier les paramètres en ligne et ajuster les paramètres de régulation en fonction des résultats d’identification, ce qui a permis d’améliorer les performances du système. La méthode d’estimation des paramètres est simple dans la conception, petite en calcul et rapide dans la convergence

Le principe de base du contrôleur PID :

Dans la conception de tout système de contrôle, les indices de stabilité, de caractéristique dynamique, de caractéristique à l’état stable et de robustesse doivent être pris en considération.

Stabilité : c’est l’exigence la plus fondamentale de la conception du système de contrôle. La stabilité du système de contrôle peut être divisée en stabilité interne et en stabilité externe. La soi-disant stabilité interne du système est que la trajectoire à partir du point d’équilibre à n’importe quel état initial converge vers le point d’équilibre lorsque le temps est infini; La stabilité externe du système est la stabilité de l’entrée et de la sortie, c’est-à-dire que l’entrée limitée peut obtenir la sortie limitée.

Caractéristiques dynamiques : c’est-à-dire la forme et la vitesse du processus de transition du fonctionnement du système, y compris la vitesse de réponse et le dépassement. La vitesse de réponse du système peut être exprimée au moment où le processus de transition du système a été mis en œuvre. Le dépassement est l’amplitude d’oscillation maximale du système. D’une manière générale, différents systèmes ont des exigences différentes pour les caractéristiques dynamiques. Pour le système servo CNC, plus sa vitesse de réponse est rapide, plus l’erreur de suivi du système est petite et plus la précision de contrôle sera élevée. Caractéristique de l’état stable : c’est-à-dire lorsque le système atteint un état stable après le processus de transition, la valeur à l’état stable de la quantité contrôlée est compatible avec la valeur attendue. Pour tout système d’ingénierie pratique, il y a toujours une erreur entre la valeur à l’état stable de la quantité contrôlée et la valeur prévue, ce que l’on peut appeler l’erreur à l’état stable, en raison de l’influence de la structure du système, des interférences externes, des frictions internes et d’autres facteurs non ligneux. L’erreur à état stable est un symbole important pour mesurer la précision de contrôle du système de contrôle, et il y a généralement des exigences spécifiques dans les index techniques du système de contrôle.

Robustesse : lorsque les contraintes du système changent, les caractéristiques fonctionnelles du système ne seront pas affectées. Si la robustesse du système est bonne, le système peut toujours maintenir sa stabilité lorsque les paramètres changent. Dans le processus de transition, la vitesse de réponse et le dépassement du système ne sont pas affectés par le changement de paramètres. Le changement de paramètre mentionné ici inclut non seulement le changement de paramètre externe réel, mais aussi le changement de paramètre interne du système.

La technologie de contrôle PID est l’une des premières stratégies de contrôle développées, qui a une histoire de plusieurs décennies. Il est largement utilisé dans le contrôle industriel en raison de ses avantages de algorithme simple, une bonne robustesse, une grande fiabilité et un ajustement facile. Lorsque la structure et les paramètres de l’objet contrôlé ne peuvent pas être entièrement maîtrisés ou qu’un modèle mathématique précis ne peut être obtenu, la structure et les paramètres du contrôleur système doivent être déterminés par l’expérience et le débogage sur place. À l’heure actuelle, l’application de la technologie de contrôle PID est la plus pratique. Dans les applications d’ingénierie pratique, le contrôle PI et le contrôle peuvent également être utilisés au besoin. Le contrôleur PID est basé sur l’écart du système, par le biais d’opérations proportionnelles, intégrales et différentielles pour contrôler le montant de l’ajustement.