控制两个或多个气缸执行器的控制方法
一些液压应用需要协调两个或多个致动器的运动。一个常见的例子是以相同的速度和相同的位置同时移动两个或多个致动器。有几种方法可以解决这个问题。过去,通常将一个致动器连接到另一个致动器,其中一个是主致动器。其他执行器将尝试跟随主机的实际位置。
有几个问题。由于噪声和反馈分辨率的原因,很难计算主机的速度。另外,如果奴隶跟不上,肯定有办法拖住主人。最后,从动执行器总是落后于主执行器。更好的方法是为每个轴生成相同的虚拟主机。如果存在以下错误,所有执行器的错误应该相同。然后,您可以减慢所有从属虚拟主机的速度。
如今,现代运动控制器为其控制的每个执行器生成目标运动曲线。目标运动曲线包括目标位置、速度和加速度。有时,计算目标加速度或加速度的导数。
跟随目标或虚拟主机的优点是虚拟主机无噪音,因此可以为所有从机生成相同的目标速度和加速度。然后,从机可以使用该信息生成速度和加速度前馈。这大大减少了以下错误。
前馈估计或预测致动器以任何目标速度和加速度移动所需的控制输出。如果估计值在实际值的5%以内,PID只需要修正5%的误差,而不是全部。
为所有从站生成目标位置、速度和加速度,操作员可以为所有执行器生成不同的运动曲线,并根据时间执行。有时,致动器必须移动到不同的位置,同时移动不同的距离和速度,但仍然同时到达。这可以通过将需要移动最远的致动器设置为主致动器来轻松实现。
接下来,对于每个从动执行机构,求出从动执行机构的距离与主执行机构的距离之比,然后将主执行机构的速度、加速度和减速度乘以该比,得到从动执行机构的速度、加速度和减速度。因此,如果从机需要移动主机一半的距离,从机的目标速度、加减速将是主机的一半。
这方面的一个例子是锯木厂钻机应用。原木不是完美的圆柱体;它们稍微呈圆锥形或圆锥形。为了从原木中获得最有用的木材,钻机的膝盖需要移动不同的距离,以使原木进入最佳切割位置。但重要的是,所有膝盖要同步同时移动到最终位置,这样就不会弯曲圆木。
在一些应用中,致动器使用独立的功能作为时间的函数来移动。x和y致动器可以从一块材料上切割图案。因此,每个执行器都需要根据时间执行其运动曲线。如果X和Y致动器想要执行相同的功能,它们只会在一条直线上来回移动。没用;x和y运动曲线必须不同。
一种方法是使用凸轮表或三次样条。凸轮允许操作者根据一组时间指示一组位置。每个致动器可以有自己的一组位置,但是它们应该共享相同的一组时间。这确保了X和Y致动器可以在指定的时间处于指定的X和Y坐标。如果有必要,这项技术可以扩展到两个以上的执行器。
最复杂的版本出现在多个执行机构使用凸轮表/三次样条作为外部主机或编码器的功能时。锯木厂行业的一个例子是让原木通过锯的切割头和进料链。在这种情况下,连接到进给链的编码器计算链条的速度。
当原木损坏光滑的眼睛时,编码器重置为0。编码器计数或位置用于将每个致动器的凸轮表/立方脊转到其位置。这样做的好处是,如果链条改变速度,所有齿轮传动都会相应地改变速度。这需要一些复杂的数学运算,但它是在运动控制器内部完成的。
这种方法的难点在于致动器现在与进给链编码器相匹配。很容易读取计数并将其缩放到该位置。然而,当进给链的编码器有很大的抖动时,很难计算出准确的速度,因为链条中的每个环节都穿过链轮。这使得很难计算进给链的速度和加速度,但有必要使用前馈增益。
进给链应该以恒定的速度运行,因此加速度计算可能并不重要。但是链条的速度很重要,因为它用于计算从动执行器的目标速度。如果可以从致动器计算出精确的目标速度和加速度,它们可以用于计算前馈和改善跟踪。滤波可以减少链轮引起的编码器噪声,提高速度估计。
一般来说,工程师不应该适应不受运动控制器控制的执行器的反馈。如果运动控制器控制致动器,应使用目标位置、速度和加速度,而不是反馈或实际位置、速度和加速度。始终尝试跟随计算机生成的目标位置、速度和加速度,因为这些通常是高精度浮点值,而不是噪声和量化的位置。