Vibrazione motore brushless.

[Elt2]

Salve a tutti. Mi trovo con questo problema: all'accensione il motore brushless che abbiamo in laboratorio a scuola inizia a vibrare molto rapidamente, si riscalda e dopo qualche decina di secondi appare il codice d'allarme per sovraccarico. Si tratta di un Yaskawa Sigma II da 100W  dimenticato in un armadio insieme al suo driver e inutilizzato per molti anni. Applicando un treno di impulsi in uscita da un PLC Omron Cp1L tramite una resistenza da 1.8 k , inizia a ruotare ma la vibrazione continua e si sovrappone alla rotazione. La velocità di rotazione mi pare decisamente più lenta rispetto alla frequenza degli impulsi, ma devo controllare. Ecco cosa abbiamo fatto finora: accorciato i cavi di segnale che l'insegnante che mi ha preceduto aveva allungato senza alcuna precauzione, riportandoli alla lunghezza originale. Infatti sul manuale, sezione troubleshooting, si indica come causa di una vibrazione tra i 200 e i 400 hz i cavi troppo lunghi o annodati ai cavi di potenza. Verificato i parametri pn100 controllo posizione e pn200..0 impulso e direzione. Verifica dei parametri relativi ai controllo esterno di coppia inibendoli e impostando una coppia max al 500% in pn402. Il controllo senso di rotazione pare funzioni correttamente. Cosa devo verificare per risolvere il problema? Ringrazio anticipatamente cordiali saluti.

[Livio Orsini]

E' stato fatto l'autotuning in modo corretto?

[lelos]

probabilmente ci sono i guadagni troppo alti

[Elt2]

Salve! Dunque abbiamo modificato il parametro relativo all'auto tuning pn110 impostandolo in tutte tre le modalità: all'avvio continuo e non eseguito. Senza risultati. Il parametro relativo al guadagno anello di posizione pn102 lo abbiamo abbassato da 40 a 20 e poi a 15 senza risultato. Continua a vibrare! Lo ammetto è la prima volta..... Sul pannello si accende anche il segmento tgon velocità superiore al valore prestabilito e errore posizionamento effettuato anche se in ingresso non ci sono impulsi. Ringrazio anticipatamente per l'attenzione cordiali saluti

[rguaresc]

Quote

 accorciato i cavi di segnale 

 

se si tratta del cavo encoder, un errore nella connessione dell'encoder causa vibrazioni spontanee.

 

 

[SandroCalligaro]

Come dice rguaresc, controllerei bene i cavi encoder.

Di che tipo di sensore si tratta?

[Elt2]

PS dimenticavo che la vibrazione avviene anche in modalità jog fn002 seguendo la procedura di test a vuoto del motore. A volte, una su dieci, il motore non vibra ma appena viene inviato un treno di impulsi ricomincia subito!

[Livio Orsini]

E' chiaro che o ci sono problemi di reazione, oppure il drive è mal ottimizzato.

Se il segnale di reazione è corretto e senza disturbi, il difetto è causato da guadagni troppo elevati e/o da costanti di tempo troppo veloci.

[Elt2]

Ringrazio tutti per la disponibilità. Domattina al mio rientro a scuola per prima cosa ricontrollero' l'ordine delle connessioni del cavo encoder cablato sul motore e il tipo di sensore. Per il sig. Orsini: potrebbe indicarmi quali guadagni e costanti modificare? Ma il brushless in questa configurazione non lavora in catena aperta con segnale di errore solo per differenza tra impulsi ricevuti dal driver ed impulsi forniti dall'encoder calettato sul motore? Perdonate è la prima volta e sto imparando da solo...... Ovvero, una volta che sia stata stabilita nel parametro interno in percentuale il valore di coppia massima  non ci dovrebbero essere altre regolazioni da fare. Almeno leggendo e rileggendo il manuale mi pare di capire così!

[SandroCalligaro]

Quote

Ma il brushless in questa configurazione non lavora in catena aperta con segnale di errore solo per differenza tra impulsi ricevuti dal driver ed impulsi forniti dall'encoder calettato sul motore?

No, quello che hai descritto è un funzionamento in catena chiusa!

 

Il segnale di posizione però interviene in più punti, nel controllo di posizione con un brushless, nel suo complesso.

Uno di questi è il controllo di coppia, per il quale occorre la posizione. Lo chiamo controllo di coppia, ma si tratta in realtà, solitamente, di un controllo di due correnti (vettoriale), con opportuni riferimenti di corrente e opportuna posizione degli assi (d e q, allineati con il rotore). Nel tuo caso la Iq è la corrente di coppia (coppia = Kt*Iq), la Id è controllata a zero.

Nel controllo di corrente vettoriale entra anche la misura di velocità, che si ricava per derivazione da quella di posizione, ma ha un'influenza modesta.

Il controllo di coppia serve come "attuatore" per il controllo di posizione, che può eventualmente passare anche attraverso un loop di velocità (l'uno "annidato" nell'altro).

Se cerchi qualcosa come "nested position control brushless" su google troverai sicuramente degli schemi, tipo questo:

(qui in realtà c'è un errore, abbastanza ovvio: i feedback sono il più interno di corrente, l'altro di velocità e quello più esterno di posizione).

 

Se c'è, come qui sopra, un anello di velocità, la retroazione di velocità verrà sempre dall'encoder, sempre per derivazione (eventualmente con filtraggio passa-basso).

 

Infine, l'anello di posizione ha ovviamente come feedback la posizione misurata dall'encoder.

 

 

Il regolatore di posizione e/o quello (eventuale) di velocità hanno dei guadagni (per lo meno proporzionale ed integrale) che vanno tarati a seconda dei parametri meccanici del sistema e delle prestazioni dinamiche desiderate (la banda di controllo, per semplificare).

Quali siano i parametri dipende dallo specifico modello, bisogna leggere il manuale. Yaskawa, per lo meno sul manuale dell'A1000, chiama il regolatore di velocità "Automatic Speed Regulator" (per fare un esempio).

 

Di che tipo di encoder si tratta, nel tuo caso?

[Livio Orsini]

Quote

Per il sig. Orsini: potrebbe indicarmi quali guadagni e costanti modificare?

 

ha già dato una rispsota esauriente SandroCalligaro, rispsota a cui non ho nulla da aggiungere

[Elt2]

Buongiorno. Ringrazio innanzitutto Sandro Calligaro per la sua risposta così estesa ed esauriente. Sul brushless SGMAH-01AAF61D è montato un encoder seriale incrementale a 13 bit (standard) . stamattina abbiamo provato a rimettere tutti i valori dei vari guadagni alle impostazioni di fabbrica ma continua a vibrare. I cavi sembrano correttamente riassemblati. Noto ora che il connettore lato motore è scheggiato. Provo a verificare che non ci siano problemi sul connettore interno o cavi strappati. Grazie vi tengo aggiornati

[Livio Orsini]

Per prima cosa prova a rifare l'autotuning secondo la procedura prevista dal manuale.

Poi conetti un riferimento analogico usando un potenziometro, come descritto dal manuale nel caso di riferimento da potenziometro. Provando a varie velocità il motore deve essere sabile e non deve dare vibrazioni.

Poi prova a dare gradini di velocità, sempre usando il potenziometro o un livello di cc fisso. Il motore deve andare a regime con sovra e sotto elengazioni che si smorzano immediatamente o, meglio, appena accennate.

 

Quando tutto è OK rimetti il riferimento da treno di impulsi e riprova. Se vibra o ha comportamenti comunque non corretti, bisogna verificare questo riferimento osservando con oscilloscopio gli impulsi all'ingresso del drive.

[Elt2]

Di nuovo buongiorno! Le notizie che porto sono molto buone ed incoraggianti direi. Innanzitutto abbiamo riportato i valori dei vari parametri a quelli di fabbrica, e ce n'era uno in particolare, un guadagno, che da 2000 abbiamo riportato a 40. Abbiamo seguito le istruzioni del sig Orsini accoppiando però il motore al riduttore e sfilando l'asse, quindi applicando un certo carico meccanico e non a vuoto come appare sul manuale. Il motore non vibra più o ha una vibrazione quasi impercettibile. Applicando un treno di impulsi inizia a girare con regolarità. Devo però dire che, facendo e rifacendo la prova per una decina di volte, accendendo e spegnendo, un paio di volte si è rimesso a vibrare. Ecco allora le mie osservazioni da principiante: credo ci fossero una serie di concause a provocare il tutto. Per prima cosa il cavo encoder allungato senza schermatura. Poi mi pare che è necessario fare l'auto tuning con un carico meccanico applicato all'asse, perché altrimenti a vuoto inizia a vibrare. Mi sbaglio? Attendo riscontri. In ogni caso sono molto contento perché siamo riusciti e rimettere in funzione un'apparecchiatura dimenticata in un armadio dando modo ad un alunno bravo di preparare la tesina d'esame.  Grazie a tutti.

[Livio Orsini]

Quote

un guadagno, che da 2000 abbiamo riportato a 40.

 

Questa è un'indicazione importante che conferma l'idea di guadagni eccessivi.

Probabilmente C'è ancora qualcche cosa di non perfettamente ottimizzato.

Va benissimo lasciare il riduttore cos' le inerzie sono molto più vicine alla realtà operativa.

 

Io riprenderei l'affinamento dando degli step di riferimento di velocità di circa 1/10 della velocità massima. Ossevando all'oscilloscopio la velocità reale (magari accoppiando una tachimetrica se il drive non ha un'uscita analogica che rende il valore della velocità reale) si può osservare lo smorzamento.

Il miglior compromesso tra rapidità di risposta e stabilità lo si ha con uno csi pari a 0.707, ovvero con 2 sovraelengazioni visibili.

Poi una volta che l'anello di velocità è ottimizzato, si può controllare l'ottimizzazione dell'anello di posizione dando riferimento a treno d'impulsi. Se ancora vibra significa che l'azionamento è troppo nervoso, ovvero guadagno alto e /o smorzamento basso.

[Elt2]

Ringrazio moltissimo. L'idea della tesina dell'alunno è di muovere il brushless con un treno di impulsi in uscita dal PLC Omron, treno generato tramite una istruzione pls2, ovviamente dopo aver fatto la ricerca origine. Tramite una barra filettata in uscita al riduttore viene fatto muovere un braccio meccanico. Con questo tipo di configurazione non ci dovrebbero essere sovraelongazioni vero? Di fatto il motore segue gli impulsi in ingresso..... Ancora grazie

[SandroCalligaro]

Il fatto che i valori di fabbrica funzionino bene o meno può anche essere un caso, a meno che il drive non sia previsto per il funzionamento con un certo motore in particolare. Anche in quel caso, però, ciò che il povero costruttore non può conoscere è l'inerzia del carico, sulla quale in mancanza di auto-tuning  (specifico per la regolazione di velocità o posizione) il valore sarà sparato più o meno a caso.

Di qui il guadagno da aggiustare, anche di tanto.

 

C'è poi un sintomo che non mi convince: il fatto che il funzionamento cambi dopo un reset (spegnimento e riaccensione). Siccome l'encoder è incrementale (la mia domanda era mirata), ci dovrà essere una procedura di identificazione (o forzatura) della posizione elettrica di rotore, o in alternativa l'emulazione delle sonde di Hall. Se l'encoder è puramente incrementale e la procedura di inizializzazione non funziona correttamente (o, peggio, non è attivata), il funzionamento ad ogni accensione può cambiare, e diventare persino instabile.

In ogni caso darei un'occhiata in più all'encoder.

 

Come diceva Livio, parti dal controllo di velocità.

[Elt2]

Buonasera a tutti! Riapro la discussione brevemente perché conservo il ricordo di averla lasciata in qualche modo aperta qualche tempo fa e, per rispetto nei confronti degli autorevoli interventi, vorrei mettere chi fosse interessato al corrente di come abbiamo risolto il tutto ottenendo come risultato un funzionamento regolare del brushless. Semplicemente abbiamo modificato il parametro relativo alla rigidità fino ad ottenere un funzionamento fluido ovviamente in auto tuning, con un parametro relativo all'attrito all'avvio messo al massimo. Certo si è trattato della scelta più comoda in un certo senso, poiché l'auto tuning non richiede il settaggio dei vari guadagni degli anelli di reazione. In ogni caso abbiamo dovuto leggere e rileggere il manuale del driver, e da un punto di vista didattico, per una quinta IPSIA, il risultato è stato più che soddisfacente visto che il prototipo è funzionante e la tesina del bravo alunno nel complesso è venuta bene. Rimane per me personalmente, da docente, la necessità di approfondire il tutto partendo dalle indicazioni ricevute dal forum. Mi sono procurato un buon manuale, e adesso non mi rimane che fare i miei compiti per le vacanze. Ringrazio ancora per i suggerimenti ricevuti e sono consapevole di poter sempre contare sul forum. A presto da elt2

[Livio Orsini]

Bene! I feedback son sempre benvenuti, sono una specie di "pagamento" per gli aiuti ricevuti.

Il forum è come un luogo di libero scambio di idee.

[SandroCalligaro]

Concordo con Livio, è bello sapere che un problema viene risolto anche grazie al contributo del forum.

Buono studio!

 

PS: Ti consiglio di cercare dispense dei corsi universitari di azionamenti elettrici (ad es. Padova).