Wpływ tarcia na serwomechanizmy

Transkrypt

1 Wpływ tarcia na serwomechanizmy

2 Zakłócenia oddziałujące na serwomechanizm Siły potencjalne/grawitacji, Tarcie, Zmienny moment bezwładności, Zmienny moment obciążenia

3 Tarcie Zjawisko to znane jest od bardzo dawna. Badał je już Leonardo da Vinci, Pionierem współczesnej tribologii był: Guillaume Amontons, który w 1699 roku opublikował swoje badania dotyczące zjawiska tarcia. Sformułował na ich podstawie prawa, które Charles Augustin de Coulomb potwierdził w roku 1781, że siła tarcia jest proporcjonalna do siły nacisku normalnego N oraz właściwości powierzchni : T= N*μ T - siła tarcia (tzw. Tarcie Coulomba), N - siła nacisku, μ - współczynnik tarcia, Tarcie tak zdefiniowane nazwano tarciem Coulomba

4 Wyróżnia się kilka składowych tarcia: - tarcie statyczne, - tarcie Coulomba, - tarcie wiskotyczne, - efekt Stribecka tarcie statyczne Efekt Stribecka tarcie wiskotyczna Tarcie Coulomba Prędkość Stribecka

5 Statyczne modele tarcia w różnych obiektach istotne są różne składniki siły tarcia - tarcie Coulomba, - tarcie Coulomba, - tarcie wiskotyczne, - tarcie statyczne, - tarcie Coulomba, - tarcie wiskotyczne, - tarcie statyczne, - tarcie Coulomba, - tarcie wiskotyczne, - efekt Stribecka w różnych obiektach istotne są różne składniki siły tarcia

6 Model tarcia statyczny. ), )sgn( ) * ( (, / ) ( 2 ) ( v dla v v F e F F F v dla F v F v v v c s c s f s Nieciągłość!

7 Rodzaje błędów w serwomechanizmach i powodujące je składowe tarcia Zadanie Rodzaj błędu Dominujący czynnik tarcia Regulacja błędy ustalone lub cykl graniczny Tarcie statyczne Śledzenie ze zmianą kierunku ruchu utrata płynności ruchu Tarcie statyczne Śledzenie z małą prędkością ruchu drgania cierne (Stick-slip oscillators) Tarcie statyczne i efekt Stribecka Śledzenie z dużą prędkością ruchu duże błędy ustalone lepkie środowisko smarów, tarcie wiskotyczne

8 Drgania cierne Utrata płynności ruchu przy śledzeniu trajektorii z małą prędkością Zadany ruch: 1rad w ciągu 1.5s Śledzenie trajektorii zadanej (położenie kątowe w funkcji czasu) bez udziału tarcia (po lewej) i z tarciem (po prawej) wartość zadana- zielony, wartość mierzona niebieski

9 predkosc [rad/s] moment Te [N*m] teta [rad] Drgania cierne polozenie teta.35.3 położenie prędkość moment 2.5 predkosc katowa.9 moment Te

10 moment Te [N*m] teta [rad] predkosc [rad/s] Błąd ustalony 16 predkosc katowa.25 położenie polozenie teta prędkość moment elektromagnetyczny moment Dlaczego tak jest?

11 teta [rad].25 Cykl graniczny położenie polozenie teta Cykl graniczny Moment zadany wyjscie z regulatora predkosci wejscie na regulator pradu 5

12 teta [rad] teta [rad] Wpływ tarcia na pracę serwomechanizmu przy śledzeniu trajektorii ze zmianą kierunku ruchu.5 polozenie teta utrata płynności ruchu, drgania cierne polozenie teta

13 moment Te [N*m] predkosc [rad/s] Wpływ tarcia na pracę serwomechanizmu przy śledzeniu trajektorii ze zmianą kierunku ruchu predkosc katowa prędkość utrata płynności ruchu, drgania cierne moment Te moment

14 teta [rad] teta [rad] moment Te [N*m] śledzenie trajektorii z dużą prędkością 1.2 polozenie katowe.9 moment elektromagnetyczny polozenie katowe bez tarcia z tarciem Tarcie wiskotyczne powoduje błędy ustalone

15 Kompensacja wpływu tarcia 1. W latach 4-ych w żyroskopach zastosowano mechaniczny wibrator, wprowadza on dodatkową siłę, która wprawia układ w ruch zanim efekt sklejenia (tarcie statyczne) się pojawi. Współcześnie do sygnału sterującego można dodawać sygnał o wysokiej częstotliwości. 2. W układach regulacji o strukturze kaskadowej można dodać sygnał kompensujący tarcie (oparty na modelu tarcia) w pętli wewnętrznej (regulacji prądu). Do realizacji konieczny jest dokładny pomiar prędkości, bez opóźnienia pomiarowego. Estymacja siły/momentu tarcia na podstawie modelu. 3. W zadaniach śledzenia znanej trajektorii można stosować predykcję tarcia i częściowo kompensować w układach typu feedforward.

16 Kompensacja tarcia z obserwatorem momentu/siły tarcia Liniowy regulator położenia Obserwator/model tarcia Serwo z tarciem

17 Układ sterowania serwomechanizmu z generatorem trajektorii (modelem wzorcowym, FF).2 polozenie zadane prekosc zadana przyspieszenie zadane

18 Kompensacja wpływu tarcia w układzie sterowania z generatorem trajektorii i modelem tarcia Prędkość zadana Model tarcia Generator trajektorii Model silnika (fragment) Dodatkowy moment kompensujący tarcie Zadany prąd (moment) Fragment układu serwo z poprzedniego slajdu z dołożonym modelem tarcia

19 polozenie[rad] polozenie[rad].18 Kompensacja z generatorem trajektorii i z modelem tarcia polozenie katowe kaskada z modelem wzorcowym teta zadana.6 polozenie katowe czas[sek] kaskada z modelem wzorcowym teta zadana czas[sek]

20 taricie [N*m] polozenie[rad].18 Kompensacja z generatorem trajektorii i z modelem tarcia polozenie katowe kaskada z modelem wzorcowym teta zadana przebieg tarcia czas[sek] tarcie wzorcowe tarcie rzeczywiste czas[sek]