Pid Controllers'ı tasarım için Hassasiyet Lazer Kesim Makinaları

Hassas Lazer Kesim Kontrolüne Giriş

Hassas lazer kesim makineleri modern üretimde vazgeçilmez hale geldi, lazer kontrol sistemi ile karmaşık geometrilerin üretimini mümkün kılan, Proportional-teIngral-Derivative (PID) kontrol yöntemlerinin her ikiyüzlülükteki temel kontrol yöntemlerini içeren temel bir kontrol yönteminin gerektirdiğine bağlı olarak, basitlik, etkililik ve uygulama kolaylığının en yaygın olarak kabul edilen ölçütleri kontrol etmek için, özellikle de doğrulayıcının doğrulayıcısı için uygun bir PID kontrol yönteminin gerektirdiğine bağlı olarak, doğrulayıcının her ikiyüzlülükteki kontrol yöntemlerin değerlendirilmesi için gerekli olan temel kontrol yöntemlerin belirlenmesine olanak sağlar.

Lazer kesimlerinde PID Kontrolü

Bir PID kontrolörü sürekli olarak bir hata sinyalini hesaplamak için bir geri bildirim mekanizmasıdır - istenen bir ayar noktası (örneğin, pozisyon, hız veya lazer gücü) ve ölçülen işlem değişkeni (örneğin, gerçek pozisyon, hız veya güç).

• [FONT=0)Proportional (P): [Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici: · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
• [FONT:0) Integral (I):[Dönetici: ⁇ e(t) dt[Dizi dengelemek için doğru yolu ortadan kaldırmak.[Dönetici:2)[Dönetici[Dönetici[Dönetici) = K[DÜDÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar (Dönder)
• [D:0)Derivative (D):[D:[D:D)[DÜye ait olan/dt)[DÜye Olmayanlar İçindekiler: 2)))[Dönemliler (D))[Döneticiler)))))))[Döneticiler veya lazer yerinden gelen sensörler önemli olabilir.

Kombine edilen kontrol sinyali bu üç terimden oluşur: [Düze:0)[Düzesel) = K[DDDDD:2) E(t) + K[DDüzücükler, x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Lazer Kesim Sistemleri için bir PID Controller tasarlamak

Hassas bir lazer kesme makinesi için etkili bir PID kontrolörünü tasarlamak, bitkiyi gerçek donanımda nihai kontrole uygulamak için modellemek için birkaç sistematik adım içerir.Her adım hareket sisteminin özel dinamikleri ve kesme süreci için hesaba katmalıdır.

Adım 1: Sistem Modelleme ve Tanımlama

Histerik ayar, lazer kesme sisteminin dinamik davranışını anlamanız gerekir. Bitki genellikle motor yükselticisine dayanan, mekanik iletim (örneğin, top vida, kemer veya doğrudan sürücü), lazer başı montaj ve herhangi bir sensör geri bildirimi içerir. Common modelleme yaklaşımları siyah-box kimlik (tabiyaplama veya frekans yanıtı) = x-D)

Doğru bir model, kontrol cihazı uygulamadan önce kapalı-loop yanıtını simüle etmenizi ve riskin azaltılmasını sağlar. Ayrıca nihai kazanç ve nihai dönem gibi kritik sistem parametrelerine güvenen ayarlama yöntemlerine yönelik temel bir temel sağlar.

2. Adım: İlk Tuning Yöntemleri

Çeşitli klasik ayar yöntemleri K için iyi başlangıç değerleri sağlar_{)p) K) ve K) en yaygın kullanılanlar şunlardır:}

• [FONT=[0][FONT=FONT=FONT=[değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir)
• [FONT=0)Cohen-Coon Yöntemi: İlk sıraya ait olan bir modele dayanarak, bu yöntem Z-N'den daha az agresif ayar verir ve önemli bir ölü zaman ile sistemler için daha iyi olur. [Dönetici:2], , T_i[FLT]
• [FONT:0)Manual Essay-and-Error:[Döneticileri, bir model mevcut olmadığı veya belirsiz olmayanlar zaman içinde analitik yöntemlere dayanarak, zaman sabit devlet hatası) en sık en doğrudan yaklaşımdır.

Lazer kesme sistemleri için, sabit kazanımlarla başlamanız ve düşük hızlarda mekanik hasar veya zayıf kesim kalitesinden kaçınmak için test edilmesi önerilir. Konum hatası, hız ve kontrol çabayı ayarlarken.

3. Adım: Güzel-Tuning ve Optimizasyon

İlk kazanımlar belirlendikten sonra, iteratif rafineriment, belirli kesme görevleri için performans optimize etmek gereklidir. Hedefler genellikle şunları içerir:

• Minimiz overshoot (ideally <% 5) bir noktada lazerin evden çıkmasını önlemek için, bu aşırı ısı inşasına ve yanıltmasına neden olabilir.
• Zaman yerleşmeyi azaltmak, böylece lazer başı hızla hızlandıktan sonra, özellikle eğriler ve keskin köşeler üzerinde stabilleşir.
• Sürekli hız ve pozisyonda sıfır sürekli devlet hatası.
• Farklı yük koşulları altında stabiliteyi korumak (örneğin, kalın metal vs. ince film kesmek)

Parametrik süpürücüler veya veri satın alma sistemi gibi optimizasyon algoritmalarının kullanılması için simülasyon araçları kullanın (örneğin, entegre mutlak hata). Gerçek zamanlı ayarlama:0) Doğrulanmış bir filtre ile yapılırken, arsalama işlemine adım tepkisini izlemek için yapılır.

Lazer Kesim için Gelişmiş PID Tasarımları

Standart PID kontrolörleri genellikle doğrusal olmayanlar, zaman-varying dinamikleri nedeniyle hassas lazer kesme uygulamaları için kısa düşer ve hareket ve lazer ateş arasındaki sıkı senkronizasyona ihtiyaç duyar. Birkaç gelişmiş değişiklikler performansı önemli ölçüde artırabilir.

Bütünleştirici Anti-Windup

Kontrol çıktısı (örneğin, motor maksimum gerilim veya mevcut), integral terimi bir hata toplamaya devam ederse, şarj cihazının birden fazla doygunluk sona erdiği - bu, tümleştirici rüzgar mekanizmaları olarak bilinir, koşullu entegrasyon (parçalama) veya geri hesaplama (doksuz ve doymamış çıktı arasındaki farkı beslemeye devam eder) gibi.

Feed forward Control

İstenen yörüngeye dayanan kontrol sinyalinin çarpıcı bir şekilde izlenmesi, özellikle yüksek hızlarda. Lazer kesim için, ortak bir besleme terimi hızlanır: [[Döntme:0))[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli bir yörüngede [Dönderinler[Dönderinler[Dönder)[Düzücükler, sabit bir akış ve daha düşük bir akışla birlikte yapılan geri dönüşler sırasında sabitlenebilir.

Adaptasyon ve Kendini kınayan PID

Lazer kesim makineleri genellikle geniş bir malzeme ve kalınlıkları ile çalışır, sistem dinamiklerine (örneğin, kalın çelik kesim, sürtünme) değiştirmek için daha yüksek bir integral kazanılırken, ince folyoya dayanan elde edilen kazançları sürekli olarak ayarlar, türleme hızları daha basit hale gelir.Örneğin, endüstriyel lazer kesicileri tam olarak kontrol edilebilir.

Cascaded PID for Motion and Power Control

Birçok hassas lazer kesim makinelerinde, iki ayrı PID döngüleri çalışır: Lazer başının (içinde) ve diğer bir lazer kontrolü kontrol sistemi veya pul frekansı (outer döngüsü) Kontrol etmek için, iç hareket kontrol döngüsü, dış döngünün etkili bir şekilde ısıtılması için hızlı ve istikrarlı olması gerekir. Cascaded kontrol, iç döngülerde rahatsızlıklar ile ilgili en az beş kez dikkatli bant genişliğini önlemeye olanak sağlar.

Haftalara Özel Olarak Lazer Kesme PID Design

Genel kontrol sistemi tasarımının ötesinde, lazer kesim PID gelişimi sırasında ele alınması gereken eşsiz zorluklar ortaya koyar.

• [FONT:0]Nonlinear sürtünme ve stiction:[Döntgen: 0] Mekanik kılavuzlar ve top vidalar düşük ve konumlarda yapışkan, dörtlü glitches ve zayıf kondüksiyon doğruluklarına yol açabilir. Gelişmiş yüksiyon teknikleri (eski, besleme modelleri, veya neredeyse hiçbir sürtünme ile lineer motorları kullanmak) genellikle tamamen telafi edilemez; bir sürtünme modeli gerekli olabilir.
• [FONT:0] ⁇ etkiler: [Dönetici çalışırken, ısı makine çerçevesini savaşabilir, yağdırıcı vizolojiyi değiştirebilir ve sensör özelliklerini değiştirir. Bu termal sürükleler sabit bir PID'nin iyi idare edemeyeceği yavaş zaman tasarrufu dinamikleri yaratır.
• [FONT:0]Resonances ve mekanik titreşimler: gantry yapısı, PID kontrolleri ile birlikte şekillendirilmiş olan çoklu geri bildirim modları olabilir.PID kontrolörü, kesme kenarlarında vibrasyon işaretlerine neden olabilir.
• [FONT:0) Gerçek zamanlı kısıtlamalar:[Dönetici:[Dönetici:0) Kontrol döngüsü, yüksek örnekleme oranlarında (tipik olarak 1-10 kHz hareket kontrolü için) sabit ve hassas tutmak için. PID algoritması, sayısal olarak hafiftir, ancak anti-gerileme, filtreleme ve besleme sistemi, kontrol yasasını tek bir kesintiye uğratmak için optimize edebilir.
• [[Malzeme:0)Maliye varyasyonu:[Dönetici:[Dönetici:0) Farklı malzemeler farklı yansımaları ve kalınlığını gerektirir, farklı kesme hızları ve güç seviyelerini gerektiren. PID kontrolörleri etkili yük inertia (örneğin, alüminyuma kadar, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte farklı bir parametre setleri ile ayarlandığında) için ayarlamalıdır.

Pratik Uygulama ve Tuning Workflow

Tüm teoriyi uygulamaya getirmek için, bir lazer kesme makinesi için PID kontrolörünü tasarlarken bu yapılandırılmış iş akışını takip edin:

1. [FONT=0) Makineyi incelemek: Encoders ( tercihen dijital artış kodlamalı kodlayıcılardan yeterli çözünürlükle) ve mümkünse, bir hız veya lazer interferometresi geçerlilik için.
2. [FONT:0) Bitkiyi Değiştirin: Düşük hızda açık-loop adım testleri yapar ve yanıt için bir model alın, ölü zaman ve herhangi bir rezonans zirvesine değil.
3. [FONT:0) PID'yi simülasyonda tasarlayın:), Ziegler-Nichols veya manuel yöntemleri kullanarak PID kazançlarını ayarlamak için belirlenen modeli kullanın.In antistri-windup and a low-pass filter on the Cottage. Simulate step, ramp, and dairesel trajectories to check monitoring error.
4. [FONT:0) Makinede güvenlik sınırları ile ilgili olarak giriş yapın: Set yazılımları maksimum kontrol çıktı ve pozisyon hatası üzerinde sınırlar.Enable acil durdurma.Çok muhafazakar kazanımlarla başlayın (örneğin, simülasyonlu değerlerin %10'u) istikrarını doğrulamak için.
5. [FONT=0)Tune iteratively:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0))))))))) Bir veri oscilloskopu, pozisyon hatasına karşı kayıt için, voltaja ve hıza göre, K[DÜDÜSÜSÜSÜSÜyetimetim) indirgeme (DÜye)[DÜyetimetimetimetime)[DÜye Olmayanlar için [DÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.
6. [FONT=0)Ek olarak besleme:[Dönetici:[Dönetici ve tuzaklar sırasında aşağıdaki hataların ardından beslemenin doğrulanması gerekir.
7. [FONT:0] Gerçek kesme yolları üzerinde tarih:[Dönler: CUMH:0) Doğru kesimler, daireler, keskin köşeler ve karmaşık şekillerle test edin. Check cut kaliteli: kerf genişlik tutarlılığı, kenar boğa, ısı etkilenebilir bölge. Örneğin, köşeler ısıyı gösterirse, integral kazanılır veya da elde edilir.
8. [FONT:0) Belgeler ve programlar oluşturun: Her malzeme/toplama kombinasyonu için ayarlanan kazanımlar elde edin. Makinenin kontrol cihazında onları depolayın, böylece operatör uygun setleri seçebilir.

Dış Kaynaklar ve Daha Fazla Okuma

Daha derin bir şekilde PID kontrolör tasarımı ve lazer kesme kontrolüne girer, bu yazara danışın:

• [FONT=0] Ulusal Aletler - PID Teorisi Açıkladı).
• [FONT:0)Mühendislik - Ziegler-Nichols Tuning Yöntemleri[DÜT:1).
• [FONTT:0)MathWorks - PID Control in MATLAB & Simulink).
• [FONT:0)Coherent – Lazer Kesim Kontrol Sistemleri Genel Bakış).
• [0]AraştırmaGate – Hassas Hareket Sistemleri için Adaptif Bir PID Kontrolü[Dönetici:0)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Hassas lazer kesim makineleri için bir PID kontrolörünü tasarlamak, yüksek doğruluk, hızlı yanıt ve endüstriyel lazer kesme için gerekli olan sağlam bir kararlılıkla, kanıtlanmış ayar yöntemleri ve çeşitli malzemelerle - PID tasarımlarında inovasyonu sağlamak için, yüksek çözünürlükte, hızlı bir yanıt ve sağlam bir kararlılıkla mümkün olan bir lazer kesintisi ile modern lazer kesintisi için gerekli olan yüksek çözünürlükte, yüksek hızlarda, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan bir şekilde sabitleme ile kontrol edilir.