אלגוריתם ביטול ההרמוניות של חברת Aerotech מספק יתרונות בביצועים עבור יצרן של מכונה לבדיקת אלסטומר
Simon Smith, Aerotech Limited
Eddie Palmer, Tactical MarComms
אלגוריתם ביטול הרמוניות הפחית בצורה דרמתית את שגיאות ההצבה במערכות עם פקודות למסלולים מחזוריים או למסלולים עם הפרעות מחזוריות
יצרן מכשור משתמש בטכנולוגיה של הינע ישיר על מנת להגדיל את הגמישות במכשיר בדיקות של גומי ואלסטומר
אלדרמאסטון, בריטניה: חברת Prescott Instruments, המתכננת והיצרנית המומחית של מכשור לבדיקה, אשר משרדיה הראשיים נמצאים בטויקסברי שבבריטניה, הכריזה לאחרונה על ראומטר (rheometer) חדש רב שימושי לבדיקות של גומי ואלסטומר המשתמש בטכנולוגיה של מנוע סרוו חסר מברשות בהינע ישיר עבור טכניקה של תנועה בעקומת סינוס, ומציע גמישות גדולה יותר וטווח רחב יותר של תנאי בדיקה. הראומטר הרב שימושי בקו Rheo–Line יכול לספק בדיקות בתדירויות נמוכות יותר על מנת לשפר את המחקר של אפשרויות העיבוד של פולימרים בנוסף לבדיקות מסורתיות יותר בראומטר וביצוע של ניתוח מכני דינמי, על מנת להעריך את תכונות האשפרה של חומרים.
בראומטר החדש נעשה שימוש במנוע מומנט חסר מברשות, ללא מסגרת, בעל ציר יחיד עם מומנט מרבי מוגדר של 20 ניוטון–מטר, בשילוב עם מקודד אופטי בעל רזולוציה גבוהה ועם הינע הסרוו המשולב ובקר התנועה SoloistTM HPe של חברת Aerotech. התנועה בעקומת סינוס מנדנדת באופן רציף את הדגימה הנמצאת בבדיקה בתדירויות נמוכות נבחרות, ומועברת בשילוב עם תבנית מוצא מהירה הנוצרת על ידי מערכת Soloist, אשר מעבירה לקו Rheo–Line את המידע בנוגע למיקום בתלות בזמן – מידע שהוא קריטי למדידות בתוך הפאזה ומחוץ לפאזה – הנרשם על ידי החיישנים המתוחכמים של המכונה. הסנכרון בין התנועה לבין המוצא חייב להיות מדויק ביותר עם מפרט עבודה שמציין ערכים בסדר גודל של כמה אלפיות המעלה בלבד.
במהלך פיתוח המכונה ובעת ההכנסה לשימוש של כל מכונה חדשה, המהנדסים של Prescott Instruments הפיקו תועלת מהכלים ומהאלגוריתמים המתקדמים המיועדים לכוונון, שבארגז הכלים לבקרות דינמיות של Aerotech. ארגז הכלים פועל בהרמוניה עם תוכנת IDE של Soloist – ממשק משתמש גרפי מבוסס Windows® שמספק כלים רבי יכולת לניתוח, פיתוח ולאבחון שיש לו נושא משותף עם כל פלטפורמות התוכנה לבקרת תנועה של Aerotech.
הביצועים המרשימים של קו Rheo–Line מסתייעים באלגוריתם ביטול ההרמוניות של Aerotech שמפחית באופן דרמטי את שגיאות המיקום במערכת עם פקודות מסלול מחזוריות או עם הפרעות מחזוריות הנמצאות בדרך כלל במסלולים מתנדנדים.
- איור 1 – בדיקה ראשונית של הגבר החוג (loop transmission)איור 2 – תרשים משוב המיקום (PosFbk) מציג שגיאה של כמעט מעלה אחת
אפשר לראות את ההשפעה המלאה של ביטול ההרמוניות ביישום זה בתמונות המסך הבאות שנאספו מתוכנת IDE של Soloist, לרבות ארגז הכלים לבקרות דינמיות. המסך הראשון (איור 1) מיועד לבדיקה ראשונית של הגבר החוג (loop transmission), אשר מעיד על כך שהמערכת מכוונת היטב. תדירות ההצלבה (cross over) נמצאה ב–108 הרץ ושולי ההגבר והפאזה מראים שהמערכת עומדת באמות המידה ליציבות. ראוי לשים לב לעובדה שהעלייה בהגבר בתדירויות נמוכות עלולה להשפיע לרעה על היציבות.
- איור 3 – טרנספורם FFT מציג תדירות שלטת ב–33.5 הרץ וכן שיא של הרמוניה שלישית ב–100.5 הרץ
- איור 4 – ביטול ההרמוניות שנבחר
לבדיקת המכונה נדרשו תנודות של מעלה אחת ב–33.5 הרץ. בעזרת תוכנית השירות Scope אפשר לראות באיור 2 שבתדירות זו מופיעה הזזת פאזה שגורמת לשגיאת מיקום, שגודלה כמעט כגודל משרעת (“אמפליטודה”) הפקודה, ותרשים משוב המיקום (PosFbk) מראה שגל הסינוס רחוק מלהשיג את הערך שבפקודה. הזזת פאזה זו נובעת מהעומס האינרצייאלי הגדול ומאי יכולתם של הבקרים לעקוב אחר התדירות שבפקודה עם ההגברים היציבים.
באמצעות הפעלה של תוכנית השירות של טרנספורם פורייה מהיר (FFT), איור 3 מציג בבירור שתדירות פקודת הכניסה של 33.5 הרץ היא התדירות השלטת, ועם זאת, התרשים מראה גם שיא פחות משמעותי ב–100.5 הרץ.
- איור 5 – תרשים משוב המיקום (PosFbk) מראה כעת שגיאה שהוקטנה פי מאה
- איור 6 – טרנספורם FFT מציג עתה תדירות שלטת בשיא ההרמוניה השלישית ב–100.5 הרץאיור 7 – ההרמוניה השלישית (100.5 הרץ) נוספה לביטול ההרמוניות
בעזרת ארגז הכלים לבקרות דינמיות של Aerotech, מציג איור 4 את ביטול ההרמוניות שנבחר והופעל בתדירות של 33.5 הרץ.
מבט נוסף בתוכנית השירות Scope מראה באיור 5 ששגיאת המיקום הוקטנה מ–±0.5 מעלה לפחות מאשר ±0.005 מעלה – שיפור של פי מאה לעומת השגיאה המקורית. הזזת הפאזה התבטלה למעשה בנקודה זו.
- איור 8 – שגיאת עקיבת המיקום היא כעת ±0.0013 מעלה
- מבט מקרוב על מנוע מומנט ללא מברשות וללא מסגרת ועל SoloistTM HPeמנוע המומנט ללא מברשות וללא מסגרת של Aerotech – בתמונה כשהמכסה האחורי מוסר – מוצג עם מקודד אופטי בעל רזולוציה גבוהה ועם הינע סרוו ובקר התנועה המשולבים SoloistTM HPeראומטר בריבוי פונקציות בקו Rheo-Line
טרנספורם FFT של שגיאת המיקום מראה עתה שההרמוניה המקורית ב–33.5 הרץ בוטלה ושכעת ההרמוניה השלישית היא השלטת (100.5 הרץ).
על מנת לשפר עוד את תגובת המערכת, הופעל כעת ביטול ההרמוניות על 33.5 הרץ וכן גם על ההרמוניה השלישית ב–100.5 הרץ (איור 7).
שגיאת המיקום שנוצרה כעת הוקטנה מ–±0.5 מעלה ל–±0.0013 מעלה (איור 8). באופן כזה הלקוח קיבל שיפור של פי 385 בעקיבת המיקום לעומת השגיאה המקורית וזו תוצאה שעומדת יפה בתוך המפרט המקורי שבו נדרשה Aerotech לעמוד.
אלגוריתם ביטול ההרמוניות של חברת Aerotech יעיל ביותר כאשר פרופיל התנועה חוזר על עצמו באופן רציף, כמו למשל בתנודות בעקומת סינוס שנדרשה לקו Rheo–Line של חברת Prescott Instruments. יישומים נוספים שאולי יכולים להפיק תועלת כוללים בדיקות של חיישנים במדי תאוצה, בג’ירוסקופים ובמדידות אינרצייאליות אחרות. האלגוריתם יכול להיות גם שימושי במערכות הצבה בריבוי צירים, שבהן תנועה מחזורית או תנועה סיבובית באחד הצירים גורמת לתנועות שגיאה לא רצויות בצירים האחרים. במכונות כלים, במערכות עקיבה ובציוד עיבוד של פרוסות מוליכים למחצה, בכולם מופיעה הבעיה הזו במידה מסוימת. אפשר להתאים את אלגוריתם ביטול ההרמוניות להפרעות מסוג זה שהן מחזוריות במיקום של ציר אחר, אף אם משתנה המהירות בציר הזה ומכאן גם התדירות בזמן.
אפשר לקבל גם כלים אחרים של ארגז הכלים לבקרות דינמיות, על מנת לשפר את דיוק המכונה ולהגדיל את המהירות. בתחום התפוקה כולל ארגז הכלים את מודול התפוקה המורחב (ETM) – פתרון מבוסס תוכנה וחיישן שמאפשר מדידה של תנועה בלתי רצויה בכמה כיוונים בבסיס המכונה, תוך כדי שליחת מידע לבקר של Aerotech אשר משנה את התאוצה או את התאוטה, או גורמים אחרים. התוצאה המתקבלת היא זמן תנועה והתייצבות משופר באופן משמעותי וביצועי מעטפת אשר מגדילים מכן את התפוקה של מכונות קיימות וחדשות ומפחיתים במידה רבה את ההשפעות של תנועת המסגרת במערכות סרוו.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת להט
