Convertitore Tensione-> Encoder

[fabbri]

Ho il seguente problema: devo controllare con precisione la forza applicabile con un motore lineare a vite senza fine.

Il controllo di forza selezionabile dell'azionamento funziona maluccio dato che è ad anello aperto.

Ho pensato di mettere una cella di carico sull'equipaggio mobile e di convertire l'uscita in tensione della cella di carico (-10 10V) in un segnale encoder (2 canali digitali in quadratura). Il segnale lo mando all'azionamento e quello "in teoria" dovrebbe controllare la forza applicata (credendo di controllare una posizione).

domandine:

1. potrebbe funzionare?

2. dove lo pesco un convertitore da analogico a encoder? (non tensione-frequenza)

Grazie a chi ha tempo di rispondere

[Livio Orsini]

1. potrebbe funzionare?

molto improbabile e comunque con scarsa precisione e ripetibilità. Visto che applicheresti una cella di carico usala come trasduttore per chiudere l'anello del controllo di forza. E' l'equivalente di un controllo di coppia di un motore rotante.

2. dove lo pesco un convertitore da analogico a encoder? (non tensione-frequenza)

SIEI e SCS avevano in catalogo una scheda simile a quello che ti serve. Trovi i siti aziendali con google o altro motore di ricerca.

Modificato: 25 febbraio 2006 da Livio Orsini

[fabbri]

Premessa: non so come si quota...

>molto improbabile e comunque con scarsa precisione e ripetibilità. Visto che applicheresti una cella di carico >usala come trasduttore per chiudere l'anello del controllo di forza. E' l'equivalente di un controllo di coppia di >un motore rotante.

l'azionamento non ha possibilità di feedback analogico, altrimenti gli avrei collegato subito la cella di carico. Posso configurare l'azionamento in modalità si controllo velocità, posizione o coppia. Se scelgo coppia però non è richiesto feedback analogico il che significa che l'anello è aperto. La forza che mi ritrovo sull'equipaggio mobile di conseguenza è ben diversa dalla coppia all'albero dato che il meccanismo è a vite senza fine e ha pertanto parecchia inerzia e un po' di attrito (non moltissimo dato che è a recircolo di sfere).

Ecco perchè pensavo di trasformare l'uscita della cella di carico in un segnale tipo encoder, per riuscire a usare mettere la forza misurata in feedback...

>SIEI e SCS avevano in catalogo una scheda simile a quello che ti serve. Trovi i siti aziendali con google o altro >motore di ricerca.

ho cercato e ho trovato

http://www.usdigital.com/products/epot/

il problema è che è in usa e mi costa il 30% in più per la dogana.

Grazie per la risposta

[Gabriele Corrieri]

Ciao

il controllo di coppia funzia malissimo se controlli il motore in V/F, leggermente meglio se sei in sensorless, il top del top se sei in modalità vettoriale con feedback da encoder, ENCODER MONTATO SUL MOTORE, non in uscita del riduttore eventuale, ma proprio SUL MOTORE ... e ti assicuro che con una spesa non eccezionale funziona benissimo.

Ciao

[fabbri]

>il controllo di coppia funzia malissimo se controlli il motore in V/F, leggermente meglio se sei in sensorless, il top del top se sei in modalità vettoriale con feedback da encoder, ENCODER MONTATO SUL MOTORE, non in uscita del riduttore eventuale, ma proprio SUL MOTORE ... e ti assicuro che con una spesa non eccezionale funziona benissimo.

l'azionamento funziona così, a feedback da encoder. In pratica se io richiedo coppia nulla devo poter spostare la torretta mobile lungo la slitta senza sforzo, invece tra motore e equipaggio mobile mi perdo almeno un kiletto (e io voglio applicare da 10 a 10kg) dato che i motori lineari sono a vite senza fine. Ci sarebbero voluti dei motori lineari diretti, a monorotaia senza contatto, lì allora sì che al corrente sarebbe corrisposta la coppia...

Ecco perchè speravo di compensare tutto con feedback diretto da cella di carico (trasformando il segnale di forza analogico in digitale e mettendolo al posto dell'encoder poichè l'azionamento prende in feedback solo l'enncoder).

Mi sa che ci provo lo stesso, giusto per toccare con mano cosa succede

thks

[Livio Orsini]

In pratica se io richiedo coppia nulla devo poter spostare la torretta mobile lungo la slitta senza sforzo, invece tra motore e equipaggio mobile mi perdo almeno un kiletto (e io voglio applicare da 10 a 10kg) dato che i motori lineari sono a vite senza fine. Ci sarebbero voluti dei motori lineari diretti, a monorotaia senza contatto, lì allora sì che al corrente sarebbe corrisposta la coppia...

Così per curiosità, ma tu devi controllare la forza o la posizione, perchè a me non è ancora chiaro. Perchè se il motore ce le fà, cioè se è in grado di generare la forza richiesta dal carico, la torretta deve raggiungere la posizione richiesta. Se il motore non è in grado di erogare la forza richiesta la torretta non si muoverà. Tutto questo indipendentemente dal tipo di reazione.

X Gabriele. Questo è un motore lineare non un asincrono

[fabbri]

>Così per curiosità, ma tu devi controllare la forza o la posizione, perchè a me non è ancora chiaro.

io devo controllare la forza, non mi interessa dove va a finire la torretta, nè la velocità che essa assume, mi interessa solo la forza con cui spinge un oggetto esterno. L'applicazione è biomedicale. Un soggetto impugna la torretta come fosse un joistick e il controller deve imporre una forza nota e variabile nel tempo (ad esempio sinusoidale) da trasmettere alla mano del soggetto mentre a quest'ultimo è richiesto di muovere la torretta da un punto ad un'altro. Una specie di prova di abilità mentre il motore rompe le scatole al soggetto.

Il mio primo problema quando ho fatto funzionare l'azionamento in modalità controllo di forza (cioè senza cella di carico ma a feedback da encoder) è che se il soggetto non spinge almeno con un kiletto sulla torretta il motore sente quasi nulla e così l'azionamento.

>Perchè se il motore ce le fà, cioè se è in grado di generare la forza richiesta dal carico, la torretta deve raggiungere la posizione richiesta. Se il motore non è in grado di erogare la forza richiesta la torretta non si muoverà. Tutto questo indipendentemente dal tipo di reazione.

l'azionamento ovviamente funziona benissimo in controllo di posizione, ma non è questo quello che voglio.

Ho avuto allora l'idea perversa di "camuffare" la cella di carico come fosse un encoder: mi immagino che ad esempio per mantenere forza nulla alla torretta mi dovrebbe bastare richiedere all'azionamento di mantenere "la posizione" zero...

[ken]

In pratica se io richiedo coppia nulla devo poter spostare la torretta mobile lungo la slitta senza sforzo, invece tra motore e equipaggio mobile mi perdo almeno un kiletto

Esiste sempre la possibilità di applicare delle compensazioni "statiche" in modo che a forza zero applicata al sistema tu abbia già tutti gli attriti eliminati.

[Livio Orsini]

[........quote]mi immagino che ad esempio per mantenere forza nulla alla torretta mi dovrebbe bastare richiedere all'azionamento di mantenere "la posizione" zero...

[fabbri]

>Se dai un riferimento di posizione, una volta raggiunta la posizione, il sistema si opporrà ad ogni tentavo di spostamento indotto dall'esterno. Considera questi tentativi come un disturbo.

se il riferimento di posizione non è l'encoder ma la cella di carico il sistema dovrebbe di muovere la torretta solo qualora veda una variazione di forza applicata alla torretta rispetto a quella di riferimento... no?

In effetti se stacco l'encoder dall'azionamento e ci attacco al suo posto la cella di carico, l'azionamento non dovrebbe mai sapere la posizione effettiva della torretta. Il suo unico scopo sarebbe quello di annullare il segnale di errore che in questo caso è cella di carico-segnale di controllo (posizione fittizia che gli mando dal pc)

>La via giusta per risolvere il tuo problema è dare un riferimento di posizione, con anello chiuso da encoder, e, se possibile, limitare la coppia ad un valore ben preciso.

ti ripeto però che il mio problema è che se io tocco la torretta il motore non sente nulla finchè non spingo almeno di un kiletto, ma io ho bisogno si una sensibilità superiore

>Non so, anche perchè non lo hai mai scritto, qual'è l'azionamento che stai impiegando, però la quasi totalità degli azionamenti consente di agire in modo statico e/o dinamico sul limite di forza.

il mio azionamento è: FDA-5000 servodrive LG-OTIS

[Livio Orsini]

ti ripeto però che il mio problema è che se io tocco la torretta il motore non sente nulla finchè non spingo almeno di un kiletto, ma io ho bisogno si una sensibilità superiore

No, il motore sente e spinge (o tira) per annullare il disturbo, solo che non vedendo l'errore istantaneo ti sembra che non reagisca. Prova a monitorare la corrente.

...se il riferimento di posizione non è l'encoder ma la cella di carico il sistema dovrebbe di muovere la torretta solo qualora veda una variazione di forza applicata alla torretta rispetto a quella di riferimento... no?

La cella genera una tensione proporzionale alla forza applicata. Convertendo la tensione in freqenza hai due problemi:

1) All'aumentare della forza aumenta la frequenza, quindi il tuo azionamento crede di subire uno spostamento più veloce, non solamente più grande. Questo potrebbe essere un problema, però non conoscendo l'applicazione non potrei dare un parere.

2) Sicuramente il complesso cella-amplificatore-convertitore avrà una soglia che potrebbe essere del'ordine del kg attuale: dipende dal fondo scala della cella. Se, p.e, 10v <==> 2kg la soglia sarà, ragionevolmente, nell'intorno dei 20g che, a naso, sembrerebbe sufficiente.

[fabbri]

Ti ringrazio innanzitutto per l'attenzione,

>No, il motore sente e spinge (o tira) per annullare il disturbo, solo che non vedendo l'errore istantaneo ti sembra che non reagisca. Prova a monitorare la corrente.

esatto, è proprio questo il problema, il motore non vede errore istantaneo perchè parte della forza è assorbita dall'attrito della coppia vite/madrevite del meccanismo lineare.

Il mio problema è quello di fare in modo che il motore senta sul proprio albero anche l'etto applicato alla torretta

>La cella genera una tensione proporzionale alla forza applicata. Convertendo la tensione in freqenza hai due problemi:

occhio, io non converto la tensione in un treno di impulsi con frequenza proporzionale alla tensione applicata. Se leggi il datasheet http://www.usdigital.com/products/epot/ si capisce che se la cella di carico tira fuori 5 V (fondoscala dello strumento) allora vengono generati 2500 impulsi e poi basta, così l'azionamento crede di stare in posizione 2500 e cerca di muovere il motore per riportare in posizione zero (se io gli ho detto di andare in posizione zero) E' l'esatto contrario delle schede che trasformano l'uscita di un encoder in un segnale analogico proporzionale alla posizione (non alla velocità!)

>1) All'aumentare della forza aumenta la frequenza, quindi il tuo azionamento crede di subire uno

vedi sopra

>2) Sicuramente il complesso cella-amplificatore-convertitore avrà una soglia che potrebbe essere del'ordine del kg attuale: dipende dal fondo scala della cella. Se, p.e, 10v <==> 2kg la soglia sarà, ragionevolmente, nell'intorno dei 20g che, a naso, sembrerebbe sufficiente.

Magari! sarebbe ben più che sufficiente! Solo che ancora non ho capito se c'è un'alternativa più "standard" del metodo che vorrei provare, anzi sicuramente c'è ma temo non con i miei azionamenti che non consentono retroazione da segnale analogico (tranne che se questo è un riferimento di velocità, ma non ci faccio nulla nella mia applicazione)

P.S. ma come si quotaa??

[Mario Maggi]

Caro fabbri,

quoto usando la nuvoletta tipo fumetto qui sopra:

non vede errore istantaneo perchè parte della forza è assorbita dall'attrito della coppia vite/madrevite del meccanismo lineare.

Oltre alle soluzioni elettroniche, esiste anche la possibilita' di agire sulla meccanica, usando dei superlubrificanti che minimizzano l'attrito.

Questa e' un'applicazione progettata oltre 30 anni fa che ha raggiunto una sensibilita' eccezionale, che utilizza il circuiito che stai cercando di realizzare. Quando ti capita di vedere l'oggetto a qualche fiera, prova a maneggiarlo, e' interessante.

Ciao

Mario

[Livio Orsini]

...si capisce che se la cella di carico tira fuori 5 V (fondoscala dello strumento) allora vengono generati 2500 impulsi e poi basta..

In effetti io non ho letto il data sheet del link. Rimane sempre la domanda: "in quanto tempo questi impusi vengono generati?". La frequenza è costante o varia in funzione dell'entità della forza?

Come scrive Mario, gli attriti possono anche essere azzerati (o quasi).

Immagina però il funzionamento con una meccanica avente zero attriti (puramente teorico).

Tu spingi sulla torretta con una forza pari a 1N. L'anello di posizione dell'azionamento non appena riconosce il fuori posizione inizia a correggere in senso inverso. Se è in grado di erogare 1N riporta il tutto alla posizione originaria. In quanto tempo? Quale è stato l'errore massimo istantaneo di posizione? QUesto dipende dal tuo servo controllo. Se è un sistema decente, con la sola osservazione visiva, praticamente non riesci nenanche ad accorgetene. Mano a mano che la forza aumenta, raggiungendo valori prossimi al limite dell'azionamento, l'errore diventerà sempre più visibile ed apprezzabile. Quando avrai superato il valore di forza erogabile dall'azionamento questo non riuscirà più a correggere e l'unico effetto sarà una forza resistente all'avanzamento che si oppone al disturbo, quasi fosse un attrito.

[fabbri]

In effetti io non ho letto il data sheet del link. Rimane sempre la domanda: "in quanto tempo questi impusi vengono generati?". La frequenza è costante o varia in funzione dell'entità della forza?

vengono generati a seconda della velocità con cui la forza aumenta, è esattamente come se al posto dela cella di carico ci fosse una molla ed un encoder che misura quanto quella molla si allunga o si accorcia, è chiaro che se il soggetto non applica alcuna forza alla molla l'encoder non tira fuori impulsi e l'azionamento vede errore nullo.

Se invece si comprime un po' la allora l'encoder tira fuori gli impulsi corrispondenti allo spostamento della molla e il motore si sposta in modo da far tornare la molla al punto di equilibrio, per cui il soggetto dovrebbe sentire una forza nulla, dato che il motore lo asseconda...

Immagina però il funzionamento con una meccanica avente zero attriti (puramente teorico).

Purtroppo anche se gli attriti fossero nulli mi rimane il peso dell'equipaggio mobile

Con la cella di carico dovrei anche non sentire l'inerzia dell'equipaggio mobile, che è notevole.

Funzionera? Mah...

P.S. Ho imparato a quotare!

[Livio Orsini]

vengono generati a seconda della velocità con cui la forza aumenta, è

........

Quindi a questo punto si ritorna alla mia ipotesi di prima, c'è solo l'aggiunta di un fine corsa a 2500 impulsi.

Purtroppo anche se gli attriti fossero nulli mi rimane il peso dell'equipaggio mobile..

Guarda che il mio ragionamento è comunque valido. Prova ad immaginare il tuto come un dispositivo ideale. Quando passi al sistema reale hai il disturbo creato dal peso, dalle inerzie e dagli attriti, ma la regolazione rimane immutata.

Modificato: 3 marzo 2006 da Livio Orsini