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Aktive Schwingungsunterdrückung - ACOPOS macht den Unterschied

Kostenoptimiertes, mechatronisches Design und steigende Maschinentaktraten führen dazu, dass Antriebssysteme immer mehr im Grenzbereich betrieben werden. Daher ist auch mit einer erhöhten Schwingneigung zu rechnen. Um diese Systeme mit hoher Performance, das heißt einer agilen Trajektoriengestaltung und einer hohen Störunterdrückung zu betreiben, bedarf es einer verbesserten Regelungsstrategie. Ermöglicht wird diese durch eine neue integrierte Firmwarefunktionalität im ACOPOS-Antriebssystem.

Ein schwingfähiges Antriebssystem ist eine Antriebsmechanik, die aufgrund geringer Verbindungssteifigkeiten oder großer Massenträgheitsmomentunterschiede mit einem Standardantrieb zu Schwingungen neigt. Somit kann diese nur mit einer reduzierten Performance betrieben werden. Meist lässt sich ein solches Antriebsverhalten durch ein einfaches 2-Massen-Schwingsystem darstellen, wobei beide Massen mit einer Welle und den beiden Parametern Steifigkeit und Dämpfung verbunden sind. Das für den Drehzahlregelkreis wichtige Übertragungsverhalten von Motormoment auf Motordrehzahl kann exemplarisch in vielen Fällen gut angenähert werden.

Aufgrund nicht starrer Verbindungen kommt es im hochdynamischen Betrieb oder bei Laststörungen (=Lastmoment, das auf zweite Masse wirkt) zu Relativbewegungen zwischen beiden Massen. Diese Relativbewegungen stellen für einen Standard-Regelkreis mit nur einem Motorgeber zur Positions- und Geschwindigkeitsermittlung ein Problem dar.

Wesentlich verbessern lässt sich das geregelte Antriebsverhalten durch die Verwendung eines zweiten Gebers zur Ermittlung der Lastposition und der Lastdrehzahl. Dies birgt jedoch gewisse Nachteile, da zum einen ein zusätzlicher Geber verwendet werden muss und damit die Kosten steigen und zum anderen eine Lastgebermontage oft nur mit großem Aufwand möglich ist.

Antriebsstränge

Der strukturelle Aufbau klassischer Antriebsstränge im Maschinenbau gleicht sehr oft einem 2-Massen-Schwingsystem. Steigende Maschinentaktraten bedingen die Schwingneigung solcher Konstruktionen. Mit Hilfe einer Firmware-Funktion, die in ACOPOS-Antriebssystemen integriert ist, werden Schwingungen aktiv unterdrückt.

Antriebssysteme

  • ACOPOS/ACOPOSmulti/ACOPOSmicro
  • Rückspeisefähig & energiesparend
  • Leistungsbereich 500 W bis 120 kW
  • Kompakt & skalierbar
  • Modulares Kühlkonzept
  • Integrierte Technologie-Funktionen
  • PLCopen Motion-Funktionsblöcke
  • Integrierte Sicherheitstechnik & SafeMOTION

Motoren

  • Breites Produktspektrum für vielfältige Anwendungen
  • Synchron-Motoren Direktantriebe (Torque-Motoren)
  • Schrittmotoren Leistungsbereich von 50 W bis 140 kW
  • Optimale Systemintegration durch elektronisches Typenschild

Virtueller Geber im ACOPOS-Antriebssystem ermöglicht Schwingungsunterdrückung

Um die genannten Nachteile einer 2-Geberregelung zu umgehen, wird das Prinzip der virtuellen Sensorik angewandt. Ein virtueller Sensor bezeichnet die mathematische Ermittlung von schwer messbaren Systemgrößen aus leicht messbaren. Dazu wird eine mathematische Beschreibung des Antriebssystems verwendet. Als leicht messbare Systemgrößen gelten Motordrehzahl und Motorposition. Außerdem gilt das Motormoment als bekannt, vorausgesetzt der Momentenregelkreis funktioniert mit hinreichender Genauigkeit und Dynamik. Damit kann die Antriebsdynamik eines virtuellen Sensors mithilfe eines 2-Massen-Schwingsystems dargestellt werden. Der virtuelle Sensor wird so eingesetzt, dass dessen Ausgänge Mischgrößen aus Motordrehzahl und Lastdrehzahl sowie Motorposition und Lastposition sind. Diese Mischgrößen werden dann vom Lage- oder Drehzahlregler als Ist-Größen verwendet. Das im virtuellen Sensor abgebildete mathematische Modell des Antriebssystems ermöglicht ein Beobachten von Wellen- und Lastenmoment. Beide sind somit als Zusatz­information für das Monitoring vorhanden. Optimierte Maschinenzyklen Der Nutzen aktiver Störunterdrückung ist die wesentlich verkürzte Einschwingzeit, sowie eine stark unterdrückte Schwingneigung bei eingeschalteter aktiver Schwingungsunter­drückung. Durch die steifere Regelung verringert sich der Schleppfehler. Die daraus resultierende verkürzte Einschwingzeit ermöglicht optimierte Maschinenzyklen.

Virtuelle-Sensoren

Virtuelle Sensoren erhöhen die Prozesssicherheit, ohne zusätzliche Hardware-Kosten zu verursachen. Auch in komplexen Anwendungen mit adaptierter Reglerkaskade ist der Einsatz von virtueller Sensorik möglich.

Optimierte Maschinenzyklen

Der Nutzen aktiver Störunterdrückung ist die wesentlich verkürzte Einschwingzeit, sowie eine stark unterdrückte Schwingneigung bei eingeschalteter aktiver Schwingungsunter­drückung. Durch die steifere Regelung verringert sich der Schleppfehler. Die daraus resultierende verkürzte Einschwingzeit ermöglicht optimierte Maschinenzyklen.

Highlights

  • Integrierte Firmwarefunktionalität
  • Virtuelle Sensorik reduziert Kosten
  • Störunterdrückung verkürzt Einschwingzeit
  • Optimale Regelstrategie
  • Steifere Regelung von Antriebssystemen
Störungsunterdrückung-ohne-Schwingerungsunterdrückung2
Störunterdrückung ohne aktiver Schwingungsunterdrückung (Störimpuls zum Zeitpunkt t = 0.5s)
Störungsunterdrückung-mit-Schwingerungsunterdrückung
Störunterdrückung mit aktiver Schwingungsunterdrückung (Störimpuls zum Zeitpunkt t = 0.5s)

Antriebssysteme

ACOPOSmulti
  • ACOPOS/ACOPOSmulti/ACOPOSmicro
  • Rückspeisefähig & energiesparend
  • Leistungsbereich 500 W bis 120 kW
  • Kompakt & skalierbar
  • Modulares Kühlkonzept
  • Integrierte Technologie-Funktionen
  • PLCopen Motion-Funktionsblöcke
  • Integrierte Sicherheitstechnik & SafeMOTION

Dezentrale Antriebssysteme

ACOPOSremote
  • ACOPOSremote
  • Nahtlose Integration in ACOPOSmulti-Antriebssysteme
  • Hohe Dauerleistung bis 4 kW
  • Integrierte Anschlusstechnik für I/O-Knoten
  • Flexible Topologie (Baum oder Daisy Chain)
  • Integrierte Sicherheitstechnik & SafeMOTION

Motoren

ACOPOSmotor
  • ACOPOSmotor
  • Nahtlose Integration in ACOPOSmulti-Antriebssysteme
  • Drei Baugrößen von 1,8 bis 10,5 Nm
  • Mit oder ohne Getriebeanbau lieferbar
  • Reduzierte Verkabelung
  • Integrierte Sicherheitstechnik & SafeMOTION
Ejemplo
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