提高包裝生產(chǎn)線、機(jī)床或拾取貼裝操作的速度似乎是提高產(chǎn)量的簡(jiǎn)單方法--直到不必要的振動(dòng)使操作員放慢生產(chǎn)線的速度，以避免損壞機(jī)器或產(chǎn)品。在這里，液體會(huì)在移動(dòng)的包裝內(nèi)擺動(dòng)，物體會(huì)在機(jī)床或機(jī)械臂的運(yùn)輸過程中振動(dòng)或搖擺。事實(shí)上，在現(xiàn)代材料和機(jī)械工程概念下，機(jī)器固有的運(yùn)動(dòng)速度通常并不是限制因素。取而代之的是產(chǎn)品或機(jī)器在移動(dòng)后所需的靜止或穩(wěn)定時(shí)間。

      現(xiàn)在，有一種方法可以通過自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制不必要的振蕩和振動(dòng)來(lái)提高生產(chǎn)率。這些系統(tǒng)可減少各種應(yīng)用中的振蕩......將流程吞吐量最多提高 50%。

      舉例來(lái)說(shuō)，在機(jī)床或機(jī)械臂上，物體運(yùn)動(dòng)會(huì)引起振動(dòng)。振動(dòng)也可能來(lái)自機(jī)器，如機(jī)械系統(tǒng)固有的低頻嗡嗡聲或振鈴。問題在于，抑制振蕩的瞬態(tài)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)影響生產(chǎn)率。任何殘留的振蕩都會(huì)限制輸出質(zhì)量和尺寸精度--這在晶圓處理、某些拾放應(yīng)用、印刷和加工操作以及數(shù)控工作中尤為嚴(yán)重。

      答案之一是使用專門配備的智能驅(qū)動(dòng)裝置，它可以跟蹤機(jī)械系統(tǒng)共振時(shí)的頻率。然后，驅(qū)動(dòng)器引入阻尼和避免功能，以減少共振。除了提高產(chǎn)量和零件質(zhì)量外，這還能減少機(jī)械應(yīng)力。

      自適應(yīng)應(yīng)用： 控制晃動(dòng)

      食品飲料行業(yè)有一個(gè)常見問題： 裝滿液體的包裝或瓶子在搬運(yùn)過程中的加速或減速會(huì)使液體發(fā)生晃動(dòng)?；蝿?dòng)會(huì)使折疊、灌裝、密封和測(cè)量過程復(fù)雜化。此外，它還會(huì)迫使裝瓶商在容器中設(shè)計(jì)更多的預(yù)留空間，增加內(nèi)容物沉淀的等待時(shí)間，并增加輸送機(jī)上包裝移動(dòng)的距離。

      在這種情況下，機(jī)器制造商可以使用配備的智能驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)控制包裝物的移動(dòng)。這些智能驅(qū)動(dòng)器的自適應(yīng)功能可最大限度地減少晃動(dòng)，從而讓裝瓶商減少預(yù)留容器空間，進(jìn)而降低容器高度。這就減少了包裝材料的數(shù)量和費(fèi)用。此外，流體半月板的穩(wěn)定性更高，裝瓶商可以使用光學(xué)液位傳感器進(jìn)行反饋。

      防滑技術(shù)縮短了穩(wěn)定時(shí)間，從而減少了讓內(nèi)容物沉淀的瞬時(shí)時(shí)間。因此，灌裝和密封速度更快，機(jī)器循環(huán)時(shí)間更短。對(duì)飲料、藥品、油類和化學(xué)品的包裝生產(chǎn)線尤其有益。采用防飛濺運(yùn)動(dòng)控制的包裝線通常可將吞吐量提高 10%-50%。

      自適應(yīng)應(yīng)用： 控制搖擺

      當(dāng)起重機(jī)或龍門機(jī)器人加速或減速裝有懸掛在電纜或機(jī)械臂上的負(fù)載的小車或機(jī)器人小車時(shí)，負(fù)載會(huì)發(fā)生搖擺。這種搖擺會(huì)使負(fù)載變成鐘擺，從而難以在目標(biāo)區(qū)域定位。這反過來(lái)又會(huì)減慢操作速度，要求操作員推遲工序或依靠補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，直到負(fù)載穩(wěn)定下來(lái)。存在搖擺問題的應(yīng)用領(lǐng)域包括拾放操作、物料傳送和倉(cāng)庫(kù)以及裝配線。

      能夠抑制搖擺的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以通過三種不同的方式提供幫助：

          ?它們可以加快起重機(jī)的運(yùn)行速度，提高定位精度，從而將生產(chǎn)率提高 20% 至 40%，（在某些機(jī)器中）將每分鐘可能的取件次數(shù)從 30 次提高到 45 次。

          ?可使末端執(zhí)行器更快速地嚙合和脫離產(chǎn)品。

          ?它們能適應(yīng)機(jī)械和負(fù)載的變化，最大限度地減少對(duì)產(chǎn)品、機(jī)器機(jī)械、軸承和框架的壓力。這樣，機(jī)器制造商就可以使用較小的電機(jī)來(lái)完成特定的工作，從而降低能耗。

      不同形式的振蕩、晃動(dòng)和搖擺

      振動(dòng)或擺動(dòng)只是在一段時(shí)間內(nèi)重復(fù)發(fā)生的運(yùn)動(dòng)?？刂苹蝿?dòng)、振動(dòng)和搖擺依賴于對(duì)波物理的控制。工業(yè)機(jī)械中的振蕩波通常是振幅和頻率各不相同的不對(duì)稱正弦波。

      振蕩分為兩類：

          ?自由振動(dòng)，即物體（如音叉）在系統(tǒng)受到初始干擾后自行振動(dòng)。

          ?強(qiáng)迫振動(dòng)，即物體（如失去平衡的洗衣機(jī)）在受到外力干擾時(shí)發(fā)生振動(dòng)。

      以平滑正弦諧波形式出現(xiàn)的振動(dòng)可進(jìn)一步分為線性振動(dòng)（通常表現(xiàn)為軟軸和細(xì)長(zhǎng)物體的小振幅振動(dòng)）和非線性振動(dòng)，前者以扭曲的正弦波形式傳播，后者是由機(jī)器操縱的物體之間的相互作用和機(jī)器自身的內(nèi)部共振產(chǎn)生的。機(jī)器共振的形式為 5 至 40 赫茲之間的白噪聲嗡嗡聲。

      波浪物理的復(fù)雜性會(huì)使傳統(tǒng)的振蕩控制方法失效。例如，增加剛度或質(zhì)量以增加機(jī)器體積有助于減少振動(dòng)，但這種方法成本高昂，而且無(wú)法完全消除伺服驅(qū)動(dòng)器引起的機(jī)器共振。增加讓內(nèi)容物或物體沉降的時(shí)間是讓波能分散的另一種策略，但會(huì)浪費(fèi)時(shí)間。

      另一種方法是使用傳統(tǒng)的控制裝置來(lái)減少振動(dòng)。這些方法的原理是通過運(yùn)動(dòng)限制或 S 曲線運(yùn)動(dòng)控制曲線來(lái)平滑運(yùn)動(dòng)，以避免突然加速或減速。但這些功能的編程可能比較復(fù)雜，而且這種方法只能部分改善振動(dòng)問題。對(duì)平滑運(yùn)動(dòng)的過多限制只會(huì)減慢加速度，直至減少機(jī)器周期，從而限制生產(chǎn)率。

      工作原理 自適應(yīng)控制通過兩種方式抑制振動(dòng)

      除了增大機(jī)器體積或降低機(jī)器速度之外，另一種方法是使用基于軟件的自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制。這種軟件有兩種工作方式：避免振動(dòng)和阻尼。避振技術(shù)本質(zhì)上是過濾非常動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)。與此相反，阻尼技術(shù)利用外部反饋來(lái)抵消動(dòng)能，從而消除振動(dòng)。

      反饋可以來(lái)自電機(jī)、外部編碼器或加速度計(jì)。然后，系統(tǒng)對(duì)機(jī)器的動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并將適當(dāng)?shù)男拚祽?yīng)用到伺服軸上。運(yùn)動(dòng)控制器必須快速處理信號(hào)，并且必須具備高智能。不過，只要設(shè)置得當(dāng)，設(shè)計(jì)人員就能在機(jī)械結(jié)構(gòu)或環(huán)境條件導(dǎo)致機(jī)器或其終端執(zhí)行器產(chǎn)生低頻振動(dòng)時(shí)使用減振和避振功能。根據(jù)設(shè)計(jì)和機(jī)器的工作流程，無(wú)數(shù)的控制回路配置都可以完成這項(xiàng)工作。

      通過濾波避免振動(dòng)的方法是開環(huán)控制--無(wú)外部反饋?？刂破鲗?duì)系統(tǒng)共振頻率模式進(jìn)行建模。然后，為了進(jìn)行修正，運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送位置指令以消除振動(dòng)......這超越了僅對(duì)運(yùn)動(dòng)曲線應(yīng)用 S 曲線或顛簸限制的技術(shù)。事實(shí)上，避振功能特別適用于將物體鎖定在工具上且不發(fā)生負(fù)載變化的單單元系統(tǒng)。

      相比之下，主動(dòng)減振依賴于閉環(huán)控制，通過位置細(xì)分器和傳感器反饋將力或加速度信號(hào)發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制器。然后，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生扭矩位置或速度偏移，以消除振動(dòng)并抑制外部引起的振動(dòng)。使用自適應(yīng)智能的自調(diào)整比例積分派生 (PID) 控制器可根據(jù)與機(jī)器和負(fù)載的交互作用調(diào)整驅(qū)動(dòng)器。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，這種技術(shù)最適用于處理不斷變化的負(fù)載的機(jī)器。

      一些軟件同時(shí)實(shí)現(xiàn)了避振和減振這兩種技術(shù)。

      自適應(yīng)控制改善調(diào)試和預(yù)測(cè)性維護(hù)

      由于實(shí)施減振和避振技術(shù)需要控制系統(tǒng)能夠快速適應(yīng)不同的工藝、材料和應(yīng)用變化，因此一些制造商在驅(qū)動(dòng)級(jí)而非更高的控制級(jí)采用了自適應(yīng)技術(shù)。在驅(qū)動(dòng)器級(jí)提供運(yùn)動(dòng)邏輯和指令值處理可加快事件處理，避免控制系統(tǒng)周期和更新時(shí)間固有的延遲。這些自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制裝置可以處理高速輸入和確定性事件，具有業(yè)內(nèi)最快的閉環(huán)響應(yīng)時(shí)間。例如，電流閉合時(shí)間為 62.5 微秒；速度環(huán)閉合時(shí)間為 125 微秒；位置閉合時(shí)間為 250 微秒。基于驅(qū)動(dòng)器的固件還為設(shè)計(jì)人員提供了更大的實(shí)施靈活性。

      在某些情況下，固件有基本性能和高精度性能兩種版本。用戶可以選擇適合應(yīng)用的選項(xiàng)，只購(gòu)買滿足所需性能水平的功能。如果機(jī)器日后需要其他高速功能--事件捕捉、精密運(yùn)動(dòng)或更多輸入--設(shè)計(jì)人員可以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠地添加這些功能。

      基于驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)技術(shù)還能以另一種方式使機(jī)器受益。如果應(yīng)用中遇到機(jī)器的感應(yīng)振動(dòng)或寄生振動(dòng)，可將開環(huán)振動(dòng)避免作為驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)配置。當(dāng)遇到非線性、非重復(fù)性干擾時(shí)，可輕松添加閉環(huán)減振功能。這是一種靈活的解決方案，可根據(jù)需要進(jìn)行組合，以實(shí)現(xiàn)最大的控制性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

      自適應(yīng)功能如何在驅(qū)動(dòng)器層面發(fā)揮作用

      設(shè)計(jì)人員可在基于驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)邏輯中使用自適應(yīng)系統(tǒng)技術(shù)。在機(jī)械分析軟件和生產(chǎn)率監(jiān)控軟件的幫助下，驅(qū)動(dòng)器可監(jiān)控軸機(jī)械。后者使用智能傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析和減少振動(dòng)。算法對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，然后由控制器將其轉(zhuǎn)化為減振或避振指令。

      在驅(qū)動(dòng)編程環(huán)境中，為特定應(yīng)用設(shè)置生產(chǎn)率監(jiān)控非常簡(jiǎn)單。驅(qū)動(dòng)軟件加載監(jiān)控程序。參數(shù)通過驅(qū)動(dòng)對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置和運(yùn)行?；趯?duì)話框的環(huán)境最大限度地減少了調(diào)整、調(diào)試和調(diào)試工作。這意味著無(wú)需配置振蕩補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)的基本運(yùn)動(dòng)學(xué)；用戶只需插入?yún)?shù)值，無(wú)需進(jìn)行任何編程。

      除了啟用阻尼和避免功能外，數(shù)據(jù)監(jiān)控和機(jī)械分析還提供了預(yù)測(cè)性維護(hù)功能。一旦操作員為某項(xiàng)應(yīng)用設(shè)定了公差閾值和靈敏度參數(shù)，生產(chǎn)率監(jiān)控軟件就會(huì)在超出閾值時(shí)立即通知操作員。這些早期警告可在過早磨損或機(jī)器故障發(fā)生之前提醒操作員注意問題。

      某些生產(chǎn)率監(jiān)控軟件還可以在整個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)監(jiān)控任何信號(hào)（例如扭矩或位置），然后將結(jié)果與操作包絡(luò)線的公差閾值進(jìn)行比較?？梢栽诰€訪問包絡(luò)曲線監(jiān)控，讓操作員進(jìn)行頻率響應(yīng)和機(jī)械分析......然后根據(jù)預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行調(diào)整并響應(yīng)問題警報(bào)。

      自動(dòng)化軟件和編程平臺(tái)可讓不熟悉 PLC/HMI 編程的人員創(chuàng)建自動(dòng)化應(yīng)用程序。這簡(jiǎn)化了特定應(yīng)用的開發(fā)。此外，還有軟件工具、功能模塊、庫(kù)和支持，可讓懂 C++、Java 和其他高級(jí)語(yǔ)言的程序員將應(yīng)用程序轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)控制的梯形圖邏輯。有些接口還配有 LabVIEW（圖形編程平臺(tái)）庫(kù)，可在人機(jī)界面上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，省去了使用單獨(dú) PC 的費(fèi)用。

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