rigidità macchina

[giobos]

Buongiorno a tutti,

 

Cosa si intende per rigidità della macchina quando s parla di taratura di un asse?

Nella taratura di un azionamento devo far "combaciare" questi due valori?

 

Grazie a tutti delle risposte

 

 

[Livio Orsini]

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Nella taratura di un azionamento devo far "combaciare" questi due valori?

Dovresti spiegarti meglio almeno specificare di quali valori si tratta.

 

Io non ho mai sentito parlare di rigidità riferita ad un asse; le rigidità che conosco è quella meccanica, quella torsionale, quella elettrica, etc. ma non "rigidità macchina", eppure sono molti decenni me mi occupo di queste cose.

[pagliardo]

Con alto livello di rigidita si intendono alti guadagni e bassi tempi di regolazione. Praticamente l'asse è più preciso e veloce, ma anche più nervoso, e può vibrare.

In parole povere....

[giobos]

Grazie a tutti delle risposte,

 

E' proprio a coloro che svolgono questa attività da decenni che mi rivolgo.

In tutti gli azionamenti Panasonic, per tarare i guadagni dell'azionamento, è presente un parametro che fa proprio quello che dice pagliardo. Cioè alta rigidezza significa alti guadagni e conseguente maggiore "prontezza" dell'asse.

Visto che sono nuovo del settore, ho sempre sentito parlare i più esperti di "rigidezza della macchina bassa", tipo il sistema cinghia-puleggia ha una "rigidezza bassa".

Volevo solo sapere se questa locuzione ha qualche attinenza con la teoria, tutto qui.

Non volevo di certo urtare la sensibilità di nessuno.

 

Grazie

[SandroCalligaro]

La rigidità nel controllo ("stiffness") è la capacità di "reiettare" il disturbo, cioè di riportare la variabile controllata al setpoint, reagendo rapidamente ad un disturbo esterno e non conosciuto (vedi ad esempio https://granitedevices.com/wiki/Servo_stiffness).

 

In un azionamento con controllo di posizione o velocità, si va in pratica a valutare la risposta ad un disturbo di coppia, cioè ad una variazione della coppia di carico, solitamente a gradino. Un sistema più rigido avrà minori scostamenti dal setpoint.

Un altro modo per mostrare la stiffness è quello di graficare il modulo della funzione di trasferimento variabile controllata /coppia di disturbo (posizione o velocità).

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Nella taratura di un azionamento devo far "combaciare" questi due valori?

Quali due valori?

[Livio Orsini]

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Con alto livello di rigidita si intendono alti guadagni e bassi tempi di regolazione.

 

Questa è una definizione alquanto opinabile. Inoltre i tempi di regolazione non possono essere ne alti ne bassi, ma solo quelli necessari.

 

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Praticamente l'asse è più preciso e veloce, ma anche più nervoso, e può vibrare.

 

E questa è una contraddizione.

Contraddice il concetto di precisione.

Un asse "nervoso" che tende a vibrare è poco preciso. Può essere solamente un poco più veloce in fase di accelerazione e accostamento. In oltre un asse che vibra non può essere "rigido" per definizione

Un asse è preciso quando raggiunge il bersaglio e li sta fermo.

Il termine "rigidezza" è probabilmente derivato da un a traduzione impropria, magari eseguita con traduttore automatico.
 

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tipo il sistema cinghia-puleggia ha una "rigidezza bassa".

 

 

Questo è corretto, infatti una trasmissione può essere rigida ed elastica, ma questo non ha nulla a che vedere con un controllo asse, semmai potrebbe provocare problemi di posizionamento.

Il pregio della trasmissione  cinghia-puleggia è proprio l'elasticità e la possibilità di slittamenti 8 ma è anche il suo più grande difetto), tanto che era consigliata come trasmissione primaria delle macchine utensili, proprio perchè un'eventuale blocco a livello utensile non si ripercuotesse sino al motore. Però a poco, anzi nulla, a che vedere con l'ottimizzazione di un asse.

 

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se questa locuzione ha qualche attinenza con la teoria, tutto qui.

 

L'unica attinenza è dovuta , come ho scritto prima, ad una traduzione molto approssimativa dall'ingelese, che essendo una lingua "fuzzy" ed imprecisa, quando si traduce in italiano, lingua molto precisa, può portare a simili.....amenità. Purtroppo l'incultura diffusa sta provocando un massacro della nostra lingua nazionale, con l'adozione di neologismi mutuati in modo improprio dall'inglese, che spesso rasentano il ridicolo. Quando, ad esempio, una persona con accento lombardo usa il termine "fan cooler" in luogo di ventola di raffreddamento, sembra quasi che stia imprecando.

Quando un asse è ben ottimizzato nei suoi parametri raggiunge il massimo della prontezza con il massimo della precisione, senza oscillazioni e sovra-sotto elongazioni di posizione. se un asse vibra, specie nel mantenere la posizione, è mal ottimizzato e per molte lavorazioni questo è un grandissimo difetto.

 

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Non volevo di certo urtare la sensibilità di nessuno.

 

Non vedo come sia possibile urtare la sensibilità di qualcuno con un simile argomento.

[roberto8303]

Si riferisce a diversi tipi di utilizzo,su alcuni azionamenti, c è un parametro che si regola in base all accoppiamento meccanico del motore. nel caso di bracci robot, accoppiamento con guide a ricircolo di sfere ecc ecc cambia il guadagno,un asse troppo nervoso tende a vibrare o va a scatti mentre si sposta su alcune meccaniche.

[pagliardo]

Si aumenta la rigidita per cercare più precisione e prontezza, ma se si esagera vibra. Ecco questo volevo dire.

È un parametro presente in alcuni azionamenti, io l'ho visto sugli yaskawa, che raggruppa alcuni parametri. Ad esempio aumentando la rigidità aumentano i guadagni e si abbassano i tempi integrali e di filtro. Poi comunque si possono modificare anche singolarmente.

Personalmente l'aggettivo "rigido" mi rende l'idea di un sistema poco flessibile, ci sta quindi che sia utilizzato per descrivere questo, ad esempio un sistema dove il peso da muovere cambia dovrà essere meno "rigido"...

[Livio Orsini]

Aumentare il guadagno proporzionale è, per definizione, il modo per rendere un regolatore PID più pronto, dato che la correzione proporzionale effettua la correzione istantanea. Ovviamente il coefficiente di integrazione può diminuire, essendo il tempo di integrazione legato al guadagno proporzionale per definizione.

 

Che poi si voglia chiamere "rigidità" questa operazione per conto mio è solo un sottoprodotto di una traduzione approssimativa.

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Personalmente l'aggettivo "rigido" mi rende l'idea di un sistema poco flessibile

Questa è proprio l'accezione originale del termine.

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ad esempio un sistema dove il peso da muovere cambia dovrà essere meno "rigido"...

Questo proprio non riesco a capirlo.

[giobos]

Grazie a tutti,

 

Quindi, con tutte le correzioni in termini di definizioni del caso, è possibile affermare che:

Nel sistema cinghia-puleggia che ha rigidezza bassa, quindi una trasmissione elastica, si deve impostare il valore di rigidezza asse alto in modo da compensare l'elasticità stessa della trasmissione con un asse maggiormente pronto.

E' corretto dire ciò?

 

Grazie di nuovo a tutti

[Livio Orsini]

NO! E' l'esatto contrario.

Nel caso di trasmissione elastica c'è il rischio che un posizionamento veloce causi oscillazioni meccaniche, anzi è pressocchè certo.

Con trasmissioni meccaniche elastiche è necesario che il sistema elettronico lavori molto dolcemente con rampe non lineari ma raccordate.

Questo è facilmente intuibile se si pensa alla trasmissione come due masse legate tra loro da una molla.

 

Al contrario quando si hanno sistemi con meccanica ad elevatissima rigidità come, ad esempio, braccia di robot in fibra di carbonio, si possono usare accelerazioni elevatissime quindi si possono usare posizionamenti estremamente pronti.

[SandroCalligaro]

Scusate se rispondo un po' in ritardo, il discorso si è spostato sulla rigidità della trasmissione, più che del controllo. Mi sembra comunque utile aggiungere qualche informazione.

 

Diciamo che tradurre "stiffness" con "rigidità" è corretto letteralmente, ma forse non viene normalmente utilizzato.

Quel che è certo è che il concetto di "stiffness" come reiezione al disturbo nei sistemi retroazionati è un concetto usato comunemente.

 

Cito un paio di passaggi da "Control systems design guide" di George Ellis (III ed.), un libro abbastanza noto (è in inglese, ma credo che al giorno d'oggi la conoscenza dell'inglese sia indispensabile per un tecnico).

 

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Sometimes disturbance response is referred to by its inverse, disturbance rejection, or the equivalent, dynamic stiffness. These two alternatives measure the same quality of a control system, providing the reciprocal of disturbance response. Control system designers aspire to create systems with high dynamic stiffness, high disturbance rejection, but low disturbance response.

 

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Although command and disturbance responses are different, they share an impor-tant characteristic: both are improved by high loop gains.

A high proportional gain provides a higher bandwidth and better ability to reject disturbances with high-frequency content. A high integral gain helps the control system reject lower-frequency disturbances.

[...]setting the integral gains in a PI controller had only a modest effect on the command response Bode plots. This is because integral gains are aimed at improving response to disturbances, not to commands. In fact, the process of tuning the integral gain is essentially to raise it as high as possible without significant impact on the command response (integral gains may not be noticeable in the command response until they are high enough to cause peaking and instability.) [...] high integral gains provide unmistakable benefit in disturbance response.

Whereas high gains aid both command and disturbance response, another type of gain, called disturbance decoupling, aids disturbance response alone. This type of gain uses measured or estimated disturbances to improve disturbance response.

A proposito di quest'ultimo punto, la compensazione o disaccoppiamento dei disturbi, credo che l'uso di osservatori sia (purtroppo) poco sfruttato, nonostante si tratti di strumenti semplici ma, credo, molto efficaci.

[SandroCalligaro]

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Con trasmissioni meccaniche elastiche è necesario che il sistema elettronico lavori molto dolcemente con rampe non lineari ma raccordate.

Questo è facilmente intuibile se si pensa alla trasmissione come due masse legate tra loro da una molla.

Proprio per questo storicamente c'è stato un notevole sforzo nella determinazione di traiettorie che abbiano basso "jerk" (derivata dell'accelerazione).

 

C'è però anche un filone di ricerca della robotica (o meccatronica, come la si voglia chiamare) che studia i meccanismi a "membri flessibili". A discapito del nome, che si presta a doppi sensi, è un argomento interessante, visto che in realtà tutti i meccanismi hanno una certa elasticità.

Uno degli scopi è, naturalmente, è quello di controllare la posizione dell'end effector tenendo conto della reale dinamica del meccanismo, compresa la sua tendenza ad oscillare. Non so quali e quante siano le applicazioni reali, ma credo che qualche risultato venga sfruttato in robot particolari, con strutture poco rigide (immagino ad esempio la movimentazione tramite cavi), o in robot "tradizionali" nei quali si vogliano prestazioni dinamiche particolarmente spinte.

[Livio Orsini]

Sandro qui entriamo in campo molto specialistico e piuttosta all'avanguardia.

 

Vienaimo con ordine.

 

• Stiffness in inglese significa molte cose, secondo il campo diriferimentio, ad esempio per i i marinai è la forza del vento, ma può essere anche durezza, freddezza e persino difficoltà.
• La reiezione al disturbo è un'altra cosa ancora. Parlare di "dynamic stiffness " è un concetto molto ampio. Il testo di George Ellis lo conosco anche se è da qualche anno che non lo consulto. Bisogna leggere e capire bene il contesto non si può, a mio avviso, tradurre semplicemente con "rigidezza" la velocità di risposta di un sistema reazionato. E' un discorso che forse è un po' difficoltoso da trattare nelle poche righe di un messaggio.
• Io ritengo comunque, e lo ribadisco, che il termine che è l'oggetto di questa discussione è dovuto solamente ad una traduzione approssimata dall'inglese all'italiano. Ricordo, ad esempio, che ero spesso costretto, per i manuali siemens, a consultare, non concoscendo il tedesco, la versione inglese e francese, quando c'era qualche passsaggio controverso o che dava adito a dubbi. Quasi sempre le 3 versioni differivano e si riusciva ad avere un quadro abbastanza veritiero solo confrontandole tra loro.

 

In ordine alle trasmissioni.

E' ovvio che non esistono sistemi assolutamente rigidi, solo sistemi più o meno elastici.

Le aumentate capacità di calcolo con velocità elevatissime, degli attuali controlli, permette di modellizzare anche la deformazione della trasmissione e prevederne la traiettoria in funzione delle sollecitazioni.

Io, però, mi chiedo: ne vale sempre la pena? anzi, meglio, qauli benefici si possono avere?

Le tecniche che prevedono il controllo della derivata seconda della velocità sono usate, con buoni risultati, da anni; risalgono addirittura ai tempi delle regolazioni esclusivamente analogiche.

Presumo che ci siano nuovi campi di applicazione dove il controllo e la predizione della traiettoria possa portare a grandi benefici, però al momento non credo siano applicazioni di "tutti i giorni" nel campo dell'automazione industriale.

 

[giobos]

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A proposito di quest'ultimo punto, la compensazione o disaccoppiamento dei disturbi, credo che l'uso di osservatori sia (purtroppo) poco sfruttato, nonostante si tratti di strumenti semplici ma, credo, molto efficaci.

 

Innanzitutto grazie delle risposte,

@Sandro Calligaro Cosa vuol dire disaccoppiamento dei disturbi? Quali sono i disturbi che vengono disaccoppiati? Di coppia, di velocità?

In parole povere, gli osservatori di velocità o di posizione, che ruolo hanno nel controllo?

 

Sono consapevole che queste sono domande a cui magari non si può dare una risposta puntuale. Se conoscete qualche guida ben fatta ve ne sarei grato.

 

 

Ciao e grazie 

[Livio Orsini]

per risponderti esaurientemente sarebbero necessari almeno un paio di capitoli di un buon testo di controlli.

Sarebbe più logico che tu studiassi su di un testo specialistico, magari proprio quello citato da Sandro Calligaro (ottimo libro).

[SandroCalligaro]

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Cosa vuol dire disaccoppiamento dei disturbi? Quali sono i disturbi che vengono disaccoppiati?

Il tipico disturbo che agisce è una variazione del carico, cioè della coppia.

In generale vari disturbi possono essere "riassunti" come disturbi di coppia, o per lo meno questo è il modo più semplice di vedere la cosa.

Se si conoscesse la coppia di disturbo sarebbe facile sommarla direttamente al riferimento di coppia dell'inverter, per annullare l'effetto del disturbo (o quasi).

Nella realtà la maggior parte dei disturbi non è conosciuto nè misurabile, però si può usare un osservatore per stimarli. 

Nella prove che ho fatto tempo addietro in simulazione e stando a quanto ho letto, si riesce sempre a migliorare la risposta al disturbo in questo modo, rispetto al semplice aumento della banda passante.

 

Giobos, visto il tuo interesse particolare su questo argomento, immagino che tu abbia per le mani qualche applicazione o qualche problema specifico.

Non sarebbe più semplice se ne parlassi più apertamente?

In ogni caso sarebbe utile sapere che formazione hai, per poterti indirizzare (eventualmente puoi scrivere un messaggio personale).

[Livio Orsini]

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Non sarebbe più semplice se ne parlassi più apertamente?

 

Spesso c'è un'incomrensibile ritrosia a "metter tutte le carte in tavola" tanto che a volte auspico un possiible uso di scopolamina o pentothal per via.....internet.

Io, dai suoi scritti, ho l'impressione che stia studiando gli azionamenti.