5m/s 5G najszybszy laser Kimla

Szanowny Kolego,

Systemy komunikacyjne oparte o technologię Ethernet z natury posiadają izolację galwaniczną i to z obu stron kabla transmitującego sygnał.
Każdy węzeł komunikacyjny nadaje i odbiera sygnały za pośrednictwem transformatora, który realizuje właśnie tą funkcje izolacji galwanicznej.
Jeśli kolega kiedyś widział kartę sieciową to mała czarna kostka umieszczona w okolicy złącza RJ45 jest właśnie tym transformatorem.
W związku z powyższym firma Kimla nie musiała nic rozwiązywać ponieważ wynika to wprost ze specyfikacji standardu Ethernet.
Co do światłowodów to niektóre firmy produkujące systemy CNC zaczęły je stosować jeszcze w czasach kiedy nie było Ethernetu opartego o skrętkę. Stosowanie wówczas kable koncentryczne nie zapewniały izolacji galwanicznej i aby to osiągnąć zaczęto stosować właśnie światłowody. Dzisiaj nie ma to po prostu ekonomicznego uzasadnienia.

W sprawie targów oczywiście nie omieszkam odwiedzić.

A co do światłowodów nie bardzo zgodzę się, że nie ma różnicy w kosztach.
Niedawno kupowałem światłowód do Okumy.
6m światłowodu z wtyczkami kosztował 3000zł
Taki sam kabel Ethernet jakieś 20zł
Powyższy przykład pokazał 150 krotną przewagę Ethernetu.

Natomiast co do karmienia sterownika dużą ilością danych również się nie zgodzę.
Jeśli to by był pomiar inkrementalny to rzeczywiście przy 3m/s na wyjściu byłaby częstotliwość 3GHz czego nie zliczył by żaden system.
Stosowany przez firmę Kimla system pomiarowy to system absolutny, który wysyła do sterownika konkretną wartość pozycji na 36 bitach przy każdej pętli regulatora, więc nie przesadzajmy, że to tak dużo.
Najważniejsze w tym jest to, że system nie może zgubić pozycji ponieważ jej nie zlicza.

Niewielkie zakurzenie systemów inkrementalnych powoduje możliwość gubienia prążków i pozycja mierzona może się z czasem przesuwać (tak jak w silnikach krokowych) co może z kolei skutkować połamaniem bramy w systemach z obustronnym napędem, co zresztą zdarzyło się w "najlepszej maszynie w galaktyce"

Jak już pisałem wielokrotnie układ pomiarowy położenia służy również do wyznaczania prędkości aktualnej dla regulatora.
Aby wyznaczyć prędkość musimy zróżniczkować pozycję po czasie.
Ze względu, że regulacja w serwonapędzie jest procesem dyskretnym różniczkowania polega na wyliczeniu różnicy pozycji aktualnej i pozycji z poprzedniego cyklu regulatora.
Załóżmy, że będziemy mieli rozdzielczość układu pomiarowego 0.01mm, a regulator będzie pracował z częstotliwością 20kHz.
Jeśli napęd będzie poruszał się z prędkością 20mm/s to znaczy, że częstotliwość przyrostów pozycji będzie wynosiła 2kHz.
Oznacza to, że przyrost pozycji odczytanej serwonapęd zarejestruje w co dziesiątym cyklu regulacji.
Czyli przez 9 cykli algorytm różniczkujący będzie odejmował od siebie tą samą wartość czyli będzie wyznaczał prędkość równą zero pomimo, że w rzeczywistości oś porusza się z prędkością 20mm/s.
Dopiero po 9 cyklach regulatora nastąpi przyrost wartości odczytanej pozycji i układ różniczkujący wyliczy jakąkolwiek prędkość.
Ale znów przez kolejne 9 cykli serwo nie będzie wiedziało czy napęd jedzie czy stoi.
Ale to nie wszystko. Zastanówmy się jaką prędkość wyliczy nasz układ.
Jeśli trafi się akurat przyrost wartości, to wyliczona zostanie wartość prędkości 1.
Do momentu kolejnego przyrostu wartości układ będzie wyliczał wartość prędkości równą 0.
Ale co się stanie jeśli zwiększymy prędkość do 30mm/s?
Jeśli trafi się przyrost to układ znów wyliczy 1 a jeśli nie to będzie 0.
Dokładność takiego pomiaru jest co najmniej niewystarczająca.
W takiej sytuacji cała pętla regulatora prędkości wariuje ponieważ jeśli system widzi, że napęd stoi to mu zwiększa prąd aby ruszył. W każdej kolejnej pętli układ całkujący zwiększa prąd zadany ponieważ "myśli" że napęd stoi pomimo, ze w rzeczywistości porusza się.
Jak trafi na przyrost, to po przeliczeniu uznaje, że jedzie za szybko i gwałtownie zmniejsza prąd, po czym znów go powoli zwiększa kiedy kolejne wyliczenia dają prędkość zerową.
Ogólnie mówiąc z powodu niskiej rozdzielczości układu pomiarowego położenia, rozdzielczość pomiaru prędkości jest bardzo niska, tak niska, że układ zaczyna się wzbudzać z powodu dużych skoków zmierzonej wartości prędkości oraz opóźnień wynikających z oczekiwania na kolejny przyrost zmierzonej wartości pozycji. To jest właśnie między innymi powód dla którego napędy w laserach Eagla ciągle wyją będąc w stanie permanentnego wzbudzenia.

Wraz ze wzrostem rozdzielczości układu pomiarowego pozycji rośnie rozdzielczość wyznaczania prędkości co bezpośrednio przekłada się na jakość regulatora prędkości, a co za tym idzie dokładność odwzorowania ścieżki.

Odniosłem się do wartości 0.01mm ponieważ kolega do takiej wartości się odnosił.
Zastosowałem tą wartość tylko do celów porównawczych.

Odnosząc się do 160000 imp /obrót nie ma to nic wspólnego z napędami liniowymi ponieważ jest to enkoder na osi silnika, który nie uwzględni luzów i elastyczności przekładni.

Oczywiście liniały wysokiej rozdzielczości stosowane w maszynach Kimla są również wykorzystywane w pętli regulatora pozycji więc można uznać, że coś takiego jak luz zwrotny w laserach Kimla nie istnieje.

A żeby było jasne to działa to dokładnie tak:

Regulator pozycji dostaje dane z interpolatora i z liniałów a na ich podstawie wylicza prędkość zadaną.
Regulator prędkości na podstawie wartości prędkości zadanej z interpolatora oraz wartości z regulatora pozycji po odjęciu wyestymowanej prędkości również z liniałów pomiarowych wylicza zadaną siłę czyli prąd.
Regulator prądu na podstawie zadanej wartości przyspieszenia z interpolatora oraz wartości z regulatora prędkości po odjęciu zmierzonej wartości prądu na silniku wyznacza napięcie zasilające silnik.
Napięcie zadane przechodzi przez kolejny algorytm kompensujący tętnienia wyprostowanego napięcia z sieci oraz wahania jego wartości.
Skompensowana wartość zadana przechodzi przez odwrotną transformatę Parka zamieniającą napięcie zadane na dwubiegunowy obrotowy układ współrzędnych synchronizowany z backEMF napędzanego silnika również z pomocą danych z liniału.
Sygnały te dochodzą do kolejnych procedur Space Vector Modulation, które wyznaczają konkretne wypełnienia PWM 3 faz zasilających silnik.
Następnie już tylko wprowadzenie deadtimów i można sterować tranzystory mostka zasilającego silnik.

W opisie dla uproszczenia pominąłem opis równoległego toru regulacji prądu magnesowania oraz feedforwardów zwiększających dynamikę regulatorów.

Zastosowanie absolutnych układów pomiarowych pozwoliło na wyeliminowanie konieczności referencjonowania maszyny oraz wyeliminowało możliwość "połamania" bramy w przypadku zabrudzenia inkrementalnych liniałów pomiarowych co prowadzi do utraty właściwej pozycji napędu.
Dodatkowo absolutny układ pomiarowy pozwala na implementację funkcji automatycznej korekcji kąta bramy ponieważ po włączeniu obie strony napędowe dokładnie znają swoje rzeczywiste położenie i w przypadku odchyłek mogą to skompensować dociągając napęd do właściwej pozycji względem drugiej strony.