Jürgen Dlugosch, Baumüller Nürnberg GmbH
2024-08-21T14:17:24+02:00
SmartValue
Baumüller

Smart Tuning: Automatische Regleroptimierung für h?here Prozessqualit?t

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 Maschinenausf?lle zu vermeiden. Das gleiche gilt für die zugeh?rige 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.

Das Problem

Die Dynamik eines Antriebssystems – und damit auch die Konstanz der Prozessqualit?t und die Produktivit?t der Maschine – wird stark durch die Einstellung der für das Regelverhalten zust?ndigen Parameter beeinflusst. Die Ermittlung einer optimal abgestimmten Einstellung im Servoregler erfordert jedoch gro?es Fachwissen und viel Erfahrung, was sich bei der Inbetriebnahme oft sehr zeitaufw?ndig gestaltet. Problematisch sind dabei in vielen F?llen Schwingungen, die bei hohen Dynamiken im System entstehen. Diese erschweren die Optimierung zus?tzlich.

Die L?sung

Mit der Drive-integrierten Funktion ?Smart Tuning“ erm?glicht Baumüller hohe Prozessqualit?t und maximalen Output durch eine Selbstoptimierung, welche die optimalen Reglereinstellungen für die vorhandene Regelstrecke ermittelt. Da die Einstellungen des Reglers haupts?chlich vom Lasttr?gheitsverh?ltnis zwischen Servomotor und der angetriebenen Last abh?ngen, wird zun?chst die Tr?gheit des Systems ermittelt. Dazu wird der Motor inklusive der dazugeh?rigen Last zun?chst beschleunigt und anschlie?end wieder abgebremst.

Ist die Tr?gheit des Systems bekannt, werden mit Hilfe der Analysesoftware ProDrive die entsprechenden Parameter im Umrichter automatisch optimiert. Dabei kann stufenlos zwischen zwei verschiedenen Reglereinstellungen gew?hlt werden: einer weichen, wenig dynamischen bis hin zu einer harten, sehr dynamischen Einstellung. Zus?tzlich 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.: wei?es Rauschen) angeregt und das dazu entsprechende ?bertragungsverhaltung ermittelt.

Dabei werden auch Frequenzen erkannt, an denen Resonanzen auftreten. Diese k?nnen dann durch Filter ged?mpft werden, deren Koeffizienten automatisch berechnet werden. Mit diesen Filtern kann eine Kompensation der Resonanzen erreicht werden.

Bode-Diagramm

Das Bode-Diagramm stellt die Amplitudenverst?rkung und die Phasenverschiebung einer ?bertragungsfunktion in Abh?ngigkeit von der Frequenz dar. Es beschreibt den Zusammenhang zwischen einer harmonischen Anregung an einem Eingang des Systems und dem zugeh?rigen Ausgangssignal. Diese Art der Darstellung ist nach Hendrik Wade Bode benannt und wird h?ufig in der Regelungstechnik zur Darstellung der Eigenschaften der Regelstrecke verwendet.

Frequenzganganalyse eines Antriebssystems zur Ermittlung der optimalen Reglereinstellung

Der Nutzen

Die automatischen Funktionen zur Tr?gheitsmessung und Schwingungsanalyse erm?glichen:

H?here Qualit?t

H?heren Aussto?

Zeitersparnis w?hrend der Inbetriebnahme

Regelm??ige Optimierung der Maschine