다중 액추에이터 시스템에 대한 동기식 vs 독립식 모터 제어

기계가 두 개 이상의 전기 액추에이터를 사용할 때, 첫 번째 제어 질문은 단순히 몇 개의 모터 출력이 사용 가능한지가 아닙니다. 그것은 각 축이 독립적으로 움직일 수 있어야 하는지, 아니면 축들이 이동하는 동안 정의된 관계를 유지해야 하는지입니다..

보다 광범위한 제어 시스템 엔지니어링 워크플로우에 대해서는 액츄레이터 제어 시스템 가이드.

이 선택은 필요한 배선, 피드백, 컨트롤러 로직, 시운전, 오류 대응 및 기계적 위험을 변경합니다.

가장 중요한 구분은 다음과 같습니다:

독립 제어는 각 축에 고유한 운동 권한을 부여합니다. 동기화된 제어는 축 간의 관계를 측정하고 불일치를 수정합니다. 두 모터에 동일한 명령을 보내는 것은 단지 그룹 또는 같이 작동하는 것일 뿐, 동기의 증거가 아닙니다.

이는 두 개의 리프팅 포인트가 동일한 하중에 영향을 미칠 수 있는 리프팅 플랫폼, 넓은 프레임, 문, 해치, 기계 방호 장치, 조정 가능한 구조물 및 기타 메커니즘과 관련하여 중요합니다.

비교: 독립 vs 동기 제어

다수의 출력만으로는 축이 독립적으로 작동하는지 또는 피드백 기반 동기화로 작동하는지 정의할 수 없습니다.

다채널 장치는 아키텍처에 따라 이러한 동작을 지원할 수 있습니다. 채널 수는 얼마나 많은 출력이 가능한지를 알려줄 뿐이며, 채널이 독립적인지, 그룹화되어 있는지, 또는 위치 결합되어 있는지는 알려주지 않습니다.

네 가지 유용한 다축 제어 토폴로지

1. 독립 채널

각 액추에이터는 고유한 명령과 정지 조건을 가집니다. 축 A는 축 B가 정지해 있는 동안 확장할 수 있으며, 두 축은 서로 다른 위치로 이동할 수 있습니다.

독립 제어는 다음과 같은 경우에 유용합니다:

• 각 액추에이터가 서로 다른 기계적 기능을 수행할 때;
• 하중이 축이 수평을 유지할 필요가 없을 때;
• 작업자가 개별 조정을 필요로 할 때;
• 한 축이 정지 상태인 동안 다른 축이 계속 작동할 수 있을 때;
• 유지보수 또는 서비스가 개별 제어를 필요로 할 때.

제어 요구 사항은 여전히 각 채널에 대해 모터 전류, 한계, 피드백, 명령 우선 순위, 결함 동작을 정의해야 합니다.

공유 명령 소스는 여러 채널에서 동작을 요청할 수 있지만 동기화된 위치를 보장하지는 않습니다.

공유 원격 또는 HMI는 이 원칙을 변경하지 않습니다. 하나의 인터페이스가 여전히 개별 채널에 개별 명령을 보낼 수 있습니다.

2. 같은 명령 또는 그룹화된 동작

그룹화된 동작에서는 여러 모터가 거의 동시에 같은 확장/축소 명령을 받습니다.

이는 동기화보다 간단하지만 중요한 제한 사항이 있습니다: 컨트롤러는 축이 실제로 함께 유지되고 있는지를 알지 못할 수 있습니다..

명목상 동일한 두 액추에이터는 다음과 같은 이유로 서로 다르게 이동할 수 있습니다:

• 제조 공차;
• 불균등 하중;
• 다른 마찰;
• 기계 정렬;
• 케이블 전압 강하;
• 공급 변동;
• 온도;
• 마모;
• 작은 속도 차이.

기구가 이러한 차이를 수용할 수 있다면, 그룹 제어는 허용될 수 있습니다. 광범위한 강체 하중이 수평을 유지해야 한다면 위험할 수 있습니다.

왜 동일한 명령이 동기화된 동작을 보장하지 않나요?

한 단단한 플랫폼을 지지하는 두 리프트 포인트를 상상해 보세요. 두 모터는 동일한 명령과 동일한 명목 전압을 받습니다.

한쪽은 약간 더 많은 하중과 더 많은 가이드 마찰이 있습니다. 그 모터는 속도가 느려집니다. 다른 쪽은 더 멀리 이동합니다. 플랫폼이 기울기 시작합니다.

각도가 증가함에 따라 기계 구조는 가이드, 브래킷, 나사 또는 액추에이터 장착에 더 많은 측면 하중을 가할 수 있습니다. 결과는 다음과 같습니다:

• 비뚤어짐;
• 바인딩;
• 전류 증가;
• 마모 가속;
• 불필요한 결함;
• 구조적 스트레스;
• 불균형한 종단 위치 도착.

각 축은 하중, 마찰, 전압 강하 및 기계 정렬에 따라 다르게 반응할 수 있습니다.

이런 이유로 동기화는 폐쇄 루프 조정 문제입니다., 단순히 배선 문제만은 아닙니다.

3. 마스터/팔로워 제어

마스터/팔로워 배치에서 한 축은 기준으로 작용합니다. 두 번째 축은 마스터의 위치나 속도를 따릅니다.

컨트롤러는 피드백을 비교하고 팔로워가 뒤처지거나 앞서는 경우 조정합니다.

이는 메커니즘이 자연스럽게 한 측면을 기준으로 가지고 있거나 시스템 아키텍처가 하나의 주요 축을 중심으로 구성될 때 유용할 수 있습니다.

사양은 다음을 정의해야 합니다:

• 어떤 축이 마스터인지;
• 어떤 피드백이 비교되는지;
• 허용되는 위치 차이;
• 교정 행동;
• 마스터에 결함이 발생하면 어떤 일이 일어나는지;
• 팔로워가 먼저 한계를 도달하면 어떤 일이 발생하는지.

4. 교차 결합 동기화

교차 결합 제어는 축 불일치를 조정 변수로 간주합니다.

각 축이 자신의 목표에 도달했는지 여부만 묻는 대신, 제어 논리는 "현재 축 간의 거리가 얼마나 되는가?"도 묻습니다.

컨트롤러는 그럼으로써 사용 가능한 제어 아키텍처 내에서 모터 명령, 속도 또는 전류를 변경하여 차이를 줄일 수 있습니다.

이 모델은 스트로크 전반에 걸쳐 평면 이동이 중요한 단단한 공유 하중에 더 유용합니다.

피드백은 진정한 동기화를 실용적으로 만드는 요소입니다.

동기화는 시스템이 각 축이 어떻게 이동하는지 알 수 있어야 합니다.

일반적인 피드백 방법에는 다음이 포함됩니다:

• 홀 효과 펄스 피드백;
• 증분 인코더;
• 포텐셔미터 위치 신호;
• 기타 위치 또는 속도 센서.

중요한 요구 사항은 센서 이름만이 아닙니다. 컨트롤러는 다음을 이해해야 합니다:

• 전기 신호;
• 비율 또는 펄스 관계;
• 방향 규약;
• 센서 공급;
• 기준 상태;
• 피드백 손실 동작.

진정한 동기화는 측정된 동작과 수정 로직에 의존하며, 단순히 명목상 일치하는 하드웨어에 의존하지 않습니다.

TiMOTION, Firgelli, Progressive Automations, Actuonix는 모두 동일한 더 넓은 엔지니어링 요점을 설명합니다: 실제 동작이 가정되는 것이 아니라 측정될 때 다축 조정이 더 잘 제어될 수 있습니다.

OEM 설계의 경우 피드백 인터페이스는 모터 및 제어 토폴로지와 함께 고정되어야 합니다.

부하 균형과 기계 설계는 여전히 중요합니다.

피드백은 기계적 제약을 없애지 않습니다.

동기화된 시스템은 여전히 필요합니다:

• 정렬된 장착;
• 적절한 가이드 강성;
• 적합한 액추에이터 간격;
• 호환 가능한 스트로크;
• 충분한 힘 여유;
• 수용 가능한 구조적 처짐;
• 전압 강하나 기계적 마찰을 초래하지 않는 케이블 라우팅.

컨트롤러는 적당한 불일치를 수정할 수 있지만, 본질적으로 잘못 정렬된 프레임이나 대부분의 하중을 지고 있는 액추에이터를 보상하기를 기대해서는 안 됩니다.

독립 제어가 더 나은 선택일 때

기계적 기능이 의도적으로 분리되어 있을 때 독립 채널을 선택하십시오.

예시에는 다음이 포함됩니다:

• 서로 다른 위치에 도달해야 하는 두 개의 조절 가능한 섹션;
• 별도의 클램프 또는 게이트가 있는 기계;
• 각 축을 개별적으로 이동해야 하는 서비스 위치ing;
• 하나의 축 결함이 관련 없는 동작을 자동으로 비활성화해서는 안 되는 메커니즘.

동기화가 더 나은 선택일 때

차별적 동작이 문제를 일으킬 경우 피드백 기반 조정을 사용하십시오.

일반적인 경우로는 다음이 있습니다:

• 넓은 플랫폼;
• 두 개 이상의 지점에서 들어 올려진 강체 프레임;
• 큰 해치;
• 연결된 리프팅 기둥;
• 왜곡이 가이드를 막을 수 있는 메커니즘.
• 축 간의 위치 관계가 엄격한 애플리케이션.

장애 처리란 토폴로지 결정의 일환입니다.

제어 방법을 선택하기 전에 다음의 경우 어떻게 해야 하는지를 정의하십시오:

• 한 축이 먼저 한계에 도달할 때;
• 한 모터가 정지할 때;
• 한 피드백 신호가 사라질 때;
• 한 케이블이 분리될 때;
• 한 축이 허용된 불일치를 초과할 때;
• 공급 전압이 떨어질 때;
• 통신 링크가 실패할 때.

동기화된 공유 하중의 경우, 한쪽만 구동을 계속하면 기계적인 문제가 악화될 수 있습니다. 따라서 많은 설계는 한 축에 결함이 발생하면 그룹을 정지시킵니다.

독립적인 기계는 다른 정책을 사용할 수 있으며 영향을 받지 않은 축이 사용 가능하도록 허용할 수 있습니다.

올바른 동작은 기계 위험 평가 및 기능적 요구 사항에 따라 다르며, 컨트롤러 선택 전에 명시되어야 합니다.

커미셔닝 요구 사항

동기화 시스템은 일반적으로 독립 시스템보다 더 많은 커미셔닝 정보를 필요로 합니다.

OEM 배포 패키지는 다음을 정의해야 합니다:

• 채널 대 액추에이터 매핑;
• 피드백 방향;
• 센서 스케일링;
• 참조 또는 홈 상태;
• 허용된 불일치;
• 초기화 순서;
• 주행 한계;
• 교정 행동;
• 장애 임계값;
• 복구 절차.

제어 아키텍처가 명시적으로 재배치를 허용하지 않는 한 두 채널이 상호 교환 가능하다고 가정하지 마십시오.

OEM 선택 체크리스트

독립 제어와 동기화 제어 중에서 결정하기 전에 다음 질문에 답하십시오:

기계적 관계

• 액추에이터가 같은 강성 하중을 이동합니까?
• 차등 주행이 기계를 걸리게 하거나 바인딩할 수 있습니까?
• 정렬을 제약하는 가이드 시스템이 있습니까?

모션 요구 사항

• 축이 같은 위치에 도달해야 합니까?
• 가속 및 정지 중에 정렬을 유지해야 합니까?
• 별도의 목표가 필요한 축이 있습니까?

피드백

• 모든 협조된 축에 위치 또는 속도 피드백이 제공됩니까?
• 컨트롤러가 해당 피드백 유형을 지원합니까?
• 피드백을 잃으면 어떻게 됩니까?

제어 토폴로지

• 독립적;
• 그룹화된 동일 명령;
• 마스터/추종자;
• 교차 결합 동기화.

장애 동작

• 영향을 받는 축만 정지;
• 모든 연동 축을 정지합니다;
• 수동 복구를 허용합니다;
• 재호밍 또는 리셋이 필요합니다.

전력

• 동시에 이동 가능한 모터의 수;
• 총 지속 전류 및 피크 전류;
• 각 분기에서의 전압 강하;
• 케이블 및 커넥터 등급.

수용 기준

• 허용되는 축 간 불일치;
• 예상 하중 범위;
• 필요한 시운전 테스트;
• 고장 및 복구 검증.

프로젝트에 연동 동작이 필요한 경우, ServoCylMotion의 다중 모터 동기화 기능 이 요구 사항들이 정의된 후 적합한 상업적 브리지입니다.

혼합 부품이나 불확실한 전기/피드백 인터페이스의 경우, 사용하기 전에 시스템 호환성 리소스 제어기, 피드백 장치 및 액추에이터가 함께 작동할 수 있다고 가정합니다.

자주 묻는 질문

두 모터에 동일한 명령을 보내는 것이 동기화와 동일한가요?

아닙니다. 동일 명령 작동은 동일한 동작만 요청합니다. 하중, 마찰, 전압 강하 및 모터 허용 오차의 차이로 인해 축이 서로 다른 속도나 위치로 이동할 수 있습니다.

액추에이터는 언제 독립적으로 유지되어야 합니까?

각 축이 별도의 기계적 작업, 다른 목표 위치 또는 다른 축이 계속 작동하는 동안 하나의 축이 정지할 수 있는 고장 격리 요구 사항이 있는 경우 독립적 제어가 적합합니다.

동기화된 동작에 필요한 피드백은 무엇입니까?

시스템은 모든 연동 축의 제어 논리가 측정하고 비교할 수 있는 피드백 방법이 필요합니다. 아키텍처에 따라 홀 펄스, 인코더, 전위차계 또는 기타 위치/속도 신호를 사용할 수 있습니다.

다채널 제어 장치가 축을 자동으로 동기화합니까?

아니요. 여러 출력은 단순히 독립적인 채널일 수 있습니다. 동기화는 호환되는 피드백 및 조정 논리가 필요합니다.

하중 불균형이 중요한 이유는 무엇입니까?

더 많은 하중이 걸리거나 마찰이 높은 축은 동일한 명령 하에 다른 축과 다르게 이동할 수 있습니다. 강직한 공유 하중에서 이러한 차이는 왜곡, 결합 및 추가 기계적 스트레스를 유발할 수 있습니다.

하나의 동기화된 축에 고장이 발생하면 어떻게 해야 합니까?

필요한 동작은 기계 사양에 정의되어야 합니다. 공유되는 강Rigid 하중의 경우, 모든 조정 축을 멈추는 것이 한쪽만 계속 움직이는 것보다 더 안전한 경우가 많지만, 실제 설계는 애플리케이션의 위험 평가를 따라야 합니다.

참고문헌

• Firgelli — 최대 4개의 전기 선형 액추에이터 동기화 방법
• TiMOTION — 포지션 피드백이 있는 전기 선형 액추에이터
• Control Engineering — 액추에이터 설명
• Actuonix — 여러 액추에이터를 함께 제어하는 방법
• Progressive Automations — 선형 액추에이터 동기화
• Thomson — 선형 액추에이터 제어 옵션 교육