Controllo PID svolgitore bobina

[toni_unitn]

Buonasera

vorrei chiedere un parere riguardante il controllo di uno svolgitore bobina 

 

La macchina, semplificando, è fatta nel seguente modo: 

• un motore stepper ( o brushless, si vedrà) che traina il film
• un motore uguale al precedente che svolge la bobina
• tra i due c'è un ballerino munito di feedback di posizione
• scopo del gioco è, ovviamente, mantenere costante la tensione del film

 

alcuni dati sulla macchina

• il dato critico è la velocità: ad esempio può essere necessario erogare 50mm di film a una velocità di 350 colpi ( o più) al minuto
• Il controllore ha in pancia un buffer con la lunghezza da erogare ad ogni colpo
• Il controllore garantisce tempo ciclo di 1 ms

 

attualmente ciò che mi interessa è la gestione dello SVOLGITORE, non del traino.

 

La mia idea era di gestire con un PID sulla falsariga di quello esposto nella guida del sig.Orsini , che tra l'altro avevo già visto usare in passato per tutt'altra applicazione.

Ragionando in mm, ad ogni colpo lo svolgitore dovrebbe svolgere una lunghezza comprensiva di 2 componenti: una data dal dato presente nel suddetto buffer, e l'altra data dal valore di uscita del PID, a cui viene dato in pasto l'errore di posizione del ballerino, cioè la differenza tra la posizione attuale e il setpoint, che ovviamente deve essere la posizione centrale della sua corsa.

 

E' una cosa sensata?

 

Suggerimenti?

 

Grazie

Modificato: 15 gennaio da toni_unitn

[Livio Orsini]

Se vuoi fare un buion controllo, con tensione realmente costante, non cosiderare gli stepper ma i brushless.

mancano due dati importanti: diametro minimo e massimo dell'avvolgimento, velocità minima e massima delmateriale in termini di meteri/1" ( o altra unità) e noin in "colpi".

Devi dare un riuferimento di velocità allo svolgitore pari alla velocità del materiale, moltiplicato dal rapporto del diametro minimo/diametro attuale.

A questo dato sommi algebricamente l?uscita del regolatore di posizione del ballerino.

Poi in funzione deinrapporti di velocità e di diametro si può capire se è necessario ricalibrare la correzione in funzione del diametreo e/o della velocità.

 

Di questi controlli, nella mi passata vita professionale ne ho fatti veramente tanti praticamente su qualsiasi tipo di materiale; ti garantisco che se sono affronttati correttamente i risultati sono ottimi, altrimenti è sempre un accrocco che sta in piedi solo se nion ci sono spifferi di vento😀

 

PS La prima discussione di questa sezione, questa, rimanda al link del mio vecchio tutorial sulle regolazioni; nel capitolo dedicato agli asempi, se non ricordo male, c'è anche un esempio relativo ai controlli di avvolgitura, magari prova a leggerlo.

Modificato: 16 gennaio da Livio Orsini

[toni_unitn]

Grazie della risposta

 

In realtà ho parlato di "colpi" proprio perchè il movimento del traino non è costante, ma è un continuo start/stop. Si tratta di far avanzare il materiale di una quantità impostabile di mm, ad una frequenza impostabile. Questa logica è già implementata nel traino.

 

Quindi ciò che volevo fare, come dici tu, è dare allo svolgitore lo stesso riferimento di velocità tangenziale del traino (quindi giustamente ho bisogno di sapere il diametro della bobina da svolgere), e a questo sommare l'uscita del pid di posizione sul ballerino.

 

Mi sembra che siamo d'accordo  ...

[Livio Orsini]

14 minuti fa, toni_unitn ha scritto:

Quindi ciò che volevo fare, come dici tu, è dare allo svolgitore lo stesso riferimento di velocità tangenziale del traino (quindi giustamente ho bisogno di sapere il diametro della bobina da svolgere), e a questo sommare l'uscita del pid di posizione sul ballerino.

 

 

Non è sempre necessario, dipende da:

 

54 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

funzione dei rapporti di velocità e di diametro si può capire se è necessario ricalibrare la correzione in funzione del diametreo e/o della velocità.

 

Se i rapporti sopra citati non sono grandi, può bastare la semplece correzione di ballerino, per questo è necessario conoscere questi rapporti.

Inoltre, essendo un mvimento con continui marcia-arresto,è anche necessario conoscere l'accelerazione e calcolarsi l'inerzia dello svolgitore.

Di che macchi na si tratta? Dato che parli di film si tratta forse di una confezionatrice?

[toni_unitn]

Si , è una confezionatrice.

 

Il rapporto tra diametro massimo e diametro minimo della bobina da svolgere può essere circa 3 , il numero preciso non lo so.

 

Non ho ben chiaro come usare il dato dell'inerzia.

 

Mi spiego meglio: ad ogni avanzamento del traino,  io posso comandare un posizionamento assoluto allo svolgitore, specificando :

• quanta strada deve percorrere (mi viene da dire la quantità di film da erogare più la correzione del PID di posizione del ballerino), 
• con che velocità fare il movimento ( calcolo la velocità periferica e la pongo uguale alla velocità del traino)
• con che accelerazione (questa non mi è chiaro come impostarla, credo sia qui che devo usare l'inerzia dello svolgitore, ma non mi è chiaro come)

[Adelino Rossi]

In una mia lontana esperienza, per altri motivi, ho lavorato in una macchina che produceva piccole pezze di materiale da grandi rotoli da svolgere. 

C'era il rullo svolgitore, poi c'era un accumulo di prodotto realizzato con una meccanica a rulli folli tipo fisarmonica verticale a 4 - 5 sezioni e poi la macchina di lavorazione.

L'accumulo era calcolato in quantità per superare l'intervallo di taglio e cambio rotolo nella parte finale. In questo modo si svincolava lo svolgitore dalla lavorazione successiva.

La macchina a valle dell'accumulo ripartiva ad una velocità leggermente superiore in modo da scaricare l'accumulo per farlo poi ricaricare allo step successivo.

Riporto quanto sopra giusto come ricordo. 

[Livio Orsini]

1 ora fa, toni_unitn ha scritto:

io posso comandare un posizionamento assoluto allo svolgitore, specificando :

 

la pezzatura la fa il traino.

Imposti il traino come un posizionatore, quindi accelera sino a raggiungere la velocità di lavoro; raggiunta la quota di rallentamento decelera, compie un piccolo tratto in lento e, a quota finale, ferma.

Lo svolgitore, se controllato in velocità, segue grazie alla reazione del ballerino.

Il momento d'inerzia dell'aspo svolgitore, in un controllo in velocità, non entra perchè ci pensa il drive a pilotare il motore con la coppia necessaria.

Il momento d'inerzia è importante per calcolo della coppia che dovrà fornire il motore, quindi serve per il giusto dimensionamento dell'azionamento.

Nel caso di avvolgitori/svolgitori il mometo d'inerzia è massimo, ovviamente, con diametro massimo; però l'accelerazione angolare è variabile in funzione del diametro, quindi la massima richiesta di coppia può anche coincidere con il diametro minimo, dove è massima l'accelerazione angolare, oppure ad un diametro intermedio.

Anche per il traino è necessario conoscere il momento d'inerzia, riportato all'asse motore, perchè, assieme alla massima accelerazione prevista, determina il dimensionamento dell'azionamento traino.

 

Con un rapporto diametri di 3, in teoria, potrebbe controllare tutto la sola reazione di ballerino. Però questa non credo sia una macchina "calma", ma secondo esperienza dovrebbe essere una macchina con prestazioni dinamiche elevate, quindi necessita di un buon feed forward, da cui la necessità di conoscenza del diametro.

Il valore del diametro lo puoi misurare oppure calcolare. Misurandolo hai il valore istante per istante. Misurandolo hai sempre un certo ritardo. Questo ritardo può essere ininfluente, oppure può causare un errore, in funzione dello spessore del materiale e della velocità di svolgimento.

La misura può essere fatta tramite un semplice tastatore, oppure con un misuratore di distanza di tupo ad ultrasuoni o di tipo laser.

[Livio Orsini]

1 minuto fa, Adelino Rossi ha scritto:

C'era il rullo svolgitore, poi c'era un accumulo di prodotto realizzato con una meccanica a rulli folli tipo fisarmonica verticale a 4 - 5 sezioni e poi la macchina di lavorazione.

 

Adelino è una buona soluzione per certi tipi di macchine, specialmente per macchine la cui velocità massima di lavorazione non è molto elevata. Ne viste tente di macchine con accumulatore, disposito sfruttato anche per il cambio dello svolgitore senza fermare la produzione. Mentre su macchine con maggior dinamica si esegue un cambio aspo "al volo".

[toni_unitn]

Quote

la pezzatura la fa il traino.

Imposti il traino come un posizionatore, quindi accelera sino a raggiungere la velocità di lavoro; raggiunta la quota di rallentamento decelera, compie un piccolo tratto in lento e, a quota finale, ferma.

Lo svolgitore, se controllato in velocità, segue grazie alla reazione del ballerino.

Il momento d'inerzia dell'aspo svolgitore, in un controllo in velocità, non entra perchè ci pensa il drive a pilotare il motore con la coppia necessaria.

Il momento d'inerzia è importante per calcolo della coppia che dovrà fornire il motore, quindi serve per il giusto dimensionamento dell'azionamento.

Nel caso di avvolgitori/svolgitori il mometo d'inerzia è massimo, ovviamente, con diametro massimo; però l'accelerazione angolare è variabile in funzione del diametro, quindi la massima richiesta di coppia può anche coincidere con il diametro minimo, dove è massima l'accelerazione angolare, oppure ad un diametro intermedio.

Anche per il traino è necessario conoscere il momento d'inerzia, riportato all'asse motore, perchè, assieme alla massima accelerazione prevista, determina il dimensionamento dell'azionamento traino

 

Ora mi è più chiaro:

 

il comando allo svolgitore sarà un comando di velocità , dove il riferimento di velocità sarà dato da

 

Vrif =  v angolare traino * K + PID OUT

 

dove K viene calcolata tramite il diametro della bobina in modo da uguagliare la velocità lineare del film sul traino.  

 

Quote

Però questa non credo sia una macchina "calma", ma secondo esperienza dovrebbe essere una macchina con prestazioni dinamiche elevate, quindi necessita di un buon feed forward

 

quello che tu intendi come feedforward è il primo addendo della somma che ho scritto sopra o è un elemento in più da aggiungere al riferimento di velocità?

 

[Livio Orsini]

Con feedforward si intende quellaparte di riferimento che si da direttamente, in questo caso la velocità del materiale svolto (riferimenti di velocità angolare del traino), con feedback si intende quellaparte di riferimento che proviene dalla reazione, che sia diretta o elaborata da un regolatore.