mwirth-epo/epo-nmt-datasets huggingface dataset:
Esistono soluzioni parziali al problema del chatter, non sempre applicabili, come chiudere la trasmissione in bagno d’olio, che però richiede tenuta stagna del contenitore, mentre l’impiego di grasso è inefficace perché viene espulso in breve tempo dalle parti a contatto in movimento.
There exist partial solutions to the problem of chatter, which are not always applicable, such as closing the oil-bath transmission, which, however, requires fluid tightness of the container, whilst the use of grease is ineffective because it is soon expelled by the moving parts in contact.
Un altro approccio consiste nell’aggiungere attrito sull’uscita della trasmissione per smorzare gli effetti del gioco, ma ciò comporta ridurre ulteriormente l’efficienza della riduzione, già bassa per sua natura.
Another approach consists in adding friction on the output of the transmission for damping the effects of backlash, but this entails a further reduction in the efficiency of the motor reducers, which is already low by its very nature.
Questi approcci tradizionali non funzionano, purtroppo, per tutte le applicazioni.
These traditional approaches do not function, unfortunately, for all applications.
Poiché i motoriduttori, come i riduttori a vite senza fine, sono azionati da motori, anche i procedimenti di controllo di tali motori tendono a reagire a fenomeni quali il chatter per mantenere i valori di riferimento impostati per il controllo, ad esempio riferimenti di posizione del motore o di velocità.
Since motor reducers, such as worm-gear reducers, are driven by motors, also the methods for controlling these motors tend to react to phenomena, such as chatter, in order to maintain the reference values set for the control, for example references of position or velocity of the motor.
Ci si riferisce qui in particolare al caso in cui i motoriduttori sono pilotati da motori in corrente continua brushless.
Here reference is, in particular, made to the case where the motor reducers are driven by brushless d.c. motors.
Una delle tecniche di controllo di motori brushless più avanzate è detta Field Oriented Control.
One of the most advanced techniques for control of brushless motors is the FOC technique.
L’idea alla base di tale tecnica è quella di utilizzare le cosiddette trasformate di Clarke-Park, che permettono di trasformare le grandezze a tre fasi in grandezze a due fasi (e viceversa tramite la trasformata inversa), in un anello di controllo atto a generare correnti elettriche nei tre avvolgimenti dello statore, tali da generare la coppia motrice richiesta per inseguire un determinato riferimento di velocità.
The idea underlying this technique is to use the so-called Clarke-Park transforms, which enable transformation of the three-phase quantities into two-phase quantities (and vice versa via the inverse transform), in a control loop designed to generate electric currents in the three windings of the stator, which are such as to generate the torque required in order to follow a given velocity reference.
Dal punto di vista di un sistema di riferimento rotante solidale con il rotore, l’equazione elettrica del motore brushless diventa identica a quella di un motore DC.
From the standpoint of a rotating reference system fixed with respect to the rotor, the electrical equation of the brushless motor becomes identical to that of a d.c. motor.
Lo schema generale di un sistema di controllo di velocità basato sul metodo Field Oriented Control è rappresentato schematicamente in figura 1, dove con il riferimento numerico 10 è indicato nel suo complesso un sistema per il controllo della velocità di un motore brushless, indicato con 15 in figura 1.
The general scheme of a velocity-control system based upon the FOC method is schematically represented in FIG. 1, where the reference number 10designates as a whole a system for control of the velocity of a brushless motor, designated by 15in FIG. 1.
Il sistema di controllo 10 comprende un sommatore 11 al suo ingresso.
The control system 10comprises an adder 11at input thereto.
Tale sommatore 11 rappresenta il nodo di confronto di un controllo ad anello chiuso, e come tale riceve un valore di riferimento di velocità angolare del motore ω* a un suo ingresso positivo e un valore misurato della velocità angolare del motore ω, in feedback tramite un sensore di posizione sul motore 15 che fornisce un’orientazione del rotore θ, cioè l’angolo di orientazione del vettore di momento di dipolo magnetico m del rotore, come meglio discusso nel seguito, a un suo ingresso negativo.
The adder 11represents the comparison node of a closed-loop control, and, as such, receives a reference value ω* of angular velocity of the motor at a positive input thereof and a measured value ω of the angular velocity of the motor, which is fed back via a position sensor set on the motor 15that supplies an orientation θ of the rotor, i.e., the angle of orientation of the magnetic-dipole moment vector m of the rotor, as discussed more fully in what follows, to a negative input thereof.
Dunque, il sommatore 11 sostanzialmente rappresenta il nodo di confronto di controllo ad anello chiuso, che riceve come setpoint di riferimento il riferimento di velocità angolare del motore ω* e che ha in uscita, come grandezza regolata, la velocità di rotazione ω del motore, misurata differenziando rispetto al quanto di tempo, l’orientazione del rotore θ mediante il blocco di differenziazione numerica 17.
Hence, the adder 11substantially represents the comparison node of the closed-loop control, which receives as reference set-point the reference angular velocity ω* of the motor and that supplies at output, as regulated quantity, the velocity ω of rotation of the motor, measured by differentiating with respect to time, the orientation of the rotor θ by means of the numeric-differentiation block 17.
In tale anello, la differenza fra il riferimento di velocità angolare del rotore ω* a un suo ingresso positivo e il valore misurato della velocità angolare del motore ω, ossia un errore Ev di velocità, viene inviata a un controllore proporzionale-integrale, 12, che produce una tensione di armatura in quadratura Vq.
In the aforesaid loop, the difference between the reference angular velocity ω* of the rotor at a positive input thereof and the measured value of the angular velocity ω of the motor, i.e., a velocity error Ev, is sent to a proportional-integral controller 12, which produces a quadrature armature voltage Vq.
Tale tensione di armatura in quadratura Vq forma uno dei due ingressi, insieme a una tensione di armatura diretta Vd, di un blocco 13 configurato per eseguire la trasformazione di Clarke-Park inversa su tali ingressi, ottenendo in uscita le tre tensioni Va, Vb, Vc degli avvolgimenti di statore del motore 15.
The quadrature armature voltage Vq forms one of the two inputs, together with a direct armature voltage Vd, of a block 13configured for carrying out the inverse Clarke-Park transform on the above inputs to obtain at output the three voltages Va, Vb, Vc of the stator windings of the motor 15.
Le misure delle corrispondenti correnti elettriche nei tre avvolgimenti dello statore Ia, Ib e Ic, tali da generare la coppia motrice richiesta per inseguire il riferimento, vengono prelevate dal motore 15 e fornite a un blocco 16 configurato per eseguire la trasformazione di Clarke-Park diretta, ottenendo una corrente diretta Id e una corrente in quadratura Iq.
The measurements of the corresponding electric currents in the three stator windings Ia, Ib, and Ic that are such as to generate the torque required for following the reference are acquired from the motor 15and supplied to a block 16configured for carrying out the direct Clarke-Park transform to obtain a direct current Id and a quadrature current Iq.
La corrente diretta Id è portata in retroazione a un blocco di moltiplicazione 18, che moltiplica per -1 la corrente diretta Id fornendo il valore opposto della corrente -Id a un secondo controllore proporzionale-integrale 19, che genera la tensione diretta Vd fornita al blocco 13 configurato per eseguire la trasformazione di Clarke-Park inversa in funzione della tensione diretta Vd e della tensione in quadratura Vq.
The direct current Id is fed back to a multiplication block 18, which multiplies the direct current Id by −1 to supply the inverse value of the current −Id to a second proportional-integral controller 19, which generates the direct voltage Vd supplied to the block 13configured for carrying out the inverse Clarke-Park transform as a function of the direct voltage Vd and of the quadrature voltage Vq.
È importante sottolineare come in tale sistema di controllo della posizione 10 sia previsto di misurare, ad esempio tramite un encoder posto sul rotore non mostrato in figura 1, la posizione o orientazione θ del rotore del motore 15, che viene fornita ai blocchi di trasformazione Clarke-park inversa 13 e diretta 16.
It should be pointed out how in the above position-control system 10, it is envisaged to measure, for example via an encoder (not illustrated in FIG. 1) set on the rotor, the position or orientation θ of the rotor of the motor 15, which is supplied to the inverse Clarke-Park transform block 13and to the direct Clarke-Park transform block 16.
Inoltre tale orientazione θ del rotore nel ramo di retroazione dell’anello chiuso di controllo viene fornita a un modulo derivata 17, che è configurato per eseguire la derivata temporale della posizione θ, ottenendo il valore misurato della velocità angolare del motore ω, fornito in retroazione al sommatore 11, implementando così il controllo ad anello chiuso sulla velocità angolare.
In addition, this orientation θ of the rotor in the feedback branch of the closed control loop is supplied to a differentiation module 17, which is configured for computing the time derivative of the position θ to obtain the measured value of the angular velocity ω of the motor, which is fed back to the adder 11, thus implementing the closed-loop control on the angular velocity.
Il controllo di velocità implementato per mezzo di una procedura classica di controllo di tipo Field Oriented Control non è in grado di compensare efficacemente oscillazioni nel valore di coppia come quelle che insorgono durante il fenomeno del chatter, o vibrazione, in un riduttore meccanico come quello a vite senza fine.
The velocity control implemented by means of a classic FOC procedure is not able to compensate effectively oscillations in the torque value such as the ones that arise during the phenomenon of chatter, or vibration, in a mechanical reducer like a worm gear.
Infatti, quando la coppia resistente improvvisamente decresce, è totale responsabilità del sistema di controllo quella di intervenire riducendo la corrente per prevenire il chatter.
In fact, when the resistant torque suddenly decreases, it is altogether the job of the control system to intervene by reducing the current in order to prevent chatter.
L’efficacia di questa reazione è quindi limitata dalla banda passante dell’anello di controllo, tipicamente insufficiente in sistemi di controllo standard per intervenire in tempo utile e sopprimere il fenomeno del chatter sul nascere.
The effectiveness of this reaction is hence limited by the passband of the control loop, which is typically insufficient in standard control systems to enable timely intervention and suppress the phenomenon of chatter as it arises.
Scopo e sintesi Uno scopo di una o più forme di attuazione è di superare le limitazioni inerenti nelle soluzioni ottenibili dalla tecnica nota.
An object of one or more embodiments is to overcome the limitations inherent in the solutions that can be achieved by the prior art.
Secondo una o più forme di attuazione, tale scopo è raggiunto grazie a un procedimento di controllo avente le caratteristiche specificate nella rivendicazione 1.
According to one or more embodiments, this object is obtained thanks to a control method presenting the characteristics specified in claim 1.
Una o più forme di attuazione possono riferirsi a un corrispondente sistema di controllo.
One or more embodiments may refer to a corresponding control system.
Le rivendicazioni formano parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito in relazione alle varie forme di attuazione.
The claims form an integral part of the technical teaching provided herein in relation to the various embodiments.
Secondo la soluzione qui descritta, il procedimento comprende operazioni di controllo in anello chiuso per motori brushless, in grado di sopprimere il fenomeno del “chatter” in sistemi di riduzione affetti da alto attrito statico e gioco meccanico.
According to the solution described herein, the method comprises operations of closed-loop control for brushless motors, which are able to suppress the phenomenon of chatter in motor-reducer systems affected by high static friction and mechanical backlash.
Il procedimento descritto comprende un controllo ad anello chiuso della velocità del rotore di un motore a corrente continua brushless che fornisce una coppia motrice a un organo meccanico rotante, in particolare un riduttore rotazionale, comprendente operare un controllo di tipo Field Oriented Control comprendente ricavare, da una terna di correnti di fase di statore del motore, una coppia di correnti in un sistema di riferimento di rotazione del motore, ottenere, da una corrispondente coppia di tensioni in un sistema di riferimento di rotazione del motore, una terna di tensioni di fase del motore, una tensione in quadratura di detta corrispondente coppia di tensioni essendo ottenuta tramite una procedura di controllo ad anello chiuso comprendente misurare una orientazione del rotore, detto procedimento di controllo comprendendo di acquisire un riferimento di velocità angolare del motore da fornire al controllo di tipo Field Oriented Control, la procedura di controllo ad anello chiuso comprendendo di regolare l’orientazione del rotore a seguire una orientazione di riferimento, che forma un angolo di 90 gradi rispetto a una direzione di un campo magnetico di statore, che ruota con velocità angolare pari a detto riferimento di velocità angolare.
The method described comprises a closed-loop control of the velocity of the rotor of a brushless d.c. motor that supplies a torque to a rotating mechanical member, in particular a rotational reducer, the method including carrying out a control of a FOC type, which comprises: obtaining, from a triad of stator phase currents of the motor, a pair of currents in a reference system of rotation of the motor; and obtaining, from a corresponding pair of voltages in a reference system of rotation of the motor, a triad of phase voltages of the motor, a quadrature voltage of said corresponding pair of voltages being obtained via a closed-loop control procedure comprising measuring an orientation of the rotor, said control method comprising acquiring a reference angular velocity of the motor to be supplied to the FOC, the closed-loop control procedure comprising regulating the orientation of the rotor to follow a reference orientation, which forms an angle of 90° with respect to a direction of a stator magnetic field, which rotates with an angular velocity equal to said reference angular velocity.
In varie forme di attuazione, tale procedura di controllo ad anello chiuso comprende di regolare l’orientazione del rotore a seguire una orientazione di riferimento comprende i passi operare un’integrazione di detto riferimento di velocità angolare ottenendo l’orientazione di riferimento, calcolare un errore di orientazione come la differenza fra detta orientazione di riferimento e detta orientazione misurata, impiegare tale errore di orientazione come variabile d’ingresso di una funzione di trasferimento che applica almeno un’azione proporzionale e un’azione integrativa che fornisce in uscita detta tensione di quadratura da applicare al motore espressa nel sistema di riferimento rotante.
In various embodiments, the above closed-loop control procedure that comprises regulating the orientation of the rotor to follow a reference orientation includes the following steps: carrying out an integration of said reference angular velocity to obtain the reference orientation; calculating an orientation error as the difference between said reference orientation and said measured orientation; using said orientation error as input variable of a transfer function that applies at least one proportional action and one integrative action to yield at output said quadrature voltage to be applied to the motor expressed in the rotating reference system.
In varie forme di attuazione, è previsto di impiegare tale errore di orientazione come variabile d’ingresso di una funzione di trasferimento proporzionale-integrativoderivativa.
In various embodiments, it is envisaged to use the above orientation error as input variable of a proportional-integrative-derivative transfer function.
In varie forme di attuazione, il procedimento descritto prevede che detta operazione di ricavare da una terna di correnti di fase di statore del motore una coppia di correnti in un sistema di riferimento di rotazione del motore comprende di applicare a detta coppia di correnti una trasformata di Clarke-Park in funzione di detta orientazione di riferimento e detta operazione di ottenere da una corrispondente coppia di tensioni in un sistema di riferimento di rotazione del motore una terna di tensioni di fase del motore comprende di applicare una trasformata di Clarke-Park inversa a detta coppia di tensione in funzione di detta orientazione di riferimento.
In various embodiments, the method described envisages that the above operation of obtaining from a triad of stator phase currents of the motor a pair of currents in a reference system of rotation of the motor comprises applying to said pair of currents a Clarke-Park transform as a function of said reference orientation, and said operation of obtaining from a corresponding pair of voltages in a reference system of rotation of the motor a triad of phase voltages of the motor comprises applying an inverse Clarke-Park transform to said pair of voltages as a function of said reference orientation.
In varie forme di attuazione, il procedimento descritto comprende regolare una corrente diretta di detta coppia di correnti al valore zero tramite un modulo che implementa una funzione di trasferimento controllo proporzionale-integrale che fornisce in uscita una tensione diretta di detta coppia di tensioni.
In various embodiments, the method described comprises regulating a direct current of said pair of currents to the zero value via a module that implements a proportional-integral control transfer function that supplies at output a direct voltage of said pair of voltages.
In varie forme di attuazione, il procedimento descritto prevede che detta operazione di acquisire un riferimento di velocità angolare del motore comprende acquisire detto riferimento di velocità angolare da un sistema di controllo dell’apparato in cui opera il motore.
In various embodiments, the method described envisages that said operation of acquiring a reference angular velocity of the motor comprises acquiring said reference angular velocity from a control system of the apparatus in which the motor operates.
In varie forme di attuazione, il procedimento descritto prevede che detto operare un’integrazione di detto riferimento di velocità angolare ottenendo una orientazione di riferimento comprende operare un’integrazione numerica di detto riferimento di velocità angolare ottenendo una posizione angolare istantanea di riferimento tale per cui l’asse motore ruoti alla velocità di riferimento nel seguire detta posizione angolare istantanea di riferimento istante per istante.
In various embodiments, the method described envisages that said step of carrying out an integration of said reference angular velocity to obtain the reference orientation comprises carrying out a numeric integration of said reference angular velocity to obtain an instantaneous reference angular position such that the motor shaft will rotate at the reference velocity in order to follow said instantaneous reference angular position instant by instant.
In varie forme di attuazione, il procedimento descritto prevede che detto misurare una orientazione del rotore comprende misurare attraverso un corrispondente sensore, in particolare un encoder operante sul rotore del motore.
In various embodiments, the method described envisages that said operation of measuring an orientation of the rotor comprises making the measurement using a corresponding sensor, in particular an encoder operating on the rotor of the motor.
In varie forme di attuazione, il procedimento descritto prevede che detta operazione di impiegare detto errore di orientazione come variabile d’ingresso di una funzione di trasferimento che applica almeno un’azione proporzionale e un’azione integrativa che fornisce in uscita detta tensione di quadratura da applicare al motore espressa nel sistema di riferimento rotante comprende impiegare tale errore di orientazione come variabile d’ingresso di una funzione di trasferimento che applica almeno un’azione proporzionale e un’azione integrativa e che fornisce in uscita una corrente in quadratura di riferimento, calcolare un errore di corrente come la differenza fra la corrente in quadratura di riferimento e una corrente in quadratura di detta coppia di correnti, impiegare tale errore di corrente come variabile d’ingresso di una funzione di trasferimento che applica almeno un’azione proporzionale e un’azione integrativa che fornisce in uscita detta tensione di quadratura da applicare al motore espressa nel sistema di riferimento rotante.
In various embodiments, the method described envisages that said operation of using said orientation error as input variable of a transfer function that applies at least one proportional action and one integrative action to yield at output the quadrature voltage to be applied to the motor expressed in the rotating reference system comprises: using the above orientation error as input variable of a transfer function that applies at least one proportional action and one integrative action and that supplies at output a reference quadrature current; calculating a current error as the difference between the reference quadrature current and a quadrature current of said pair of currents; and using the above current error as input variable of a transfer function that applies at least one proportional action and one integrative action to yield at output said quadrature voltage to be applied to the motor expressed in the rotating reference system.
In varie forme di attuazione, il procedimento descritto prevede che detto organo meccanico rotante sia un riduttore rotazionale e in ulteriori forme varianti è previsto che detto riduttore rotazionale sia una vite senza fine.
In various embodiments, the method described envisages that said rotating mechanical member is a rotational reducer, and, in further variant embodiments, it is envisaged that said rotational reducer is a worm gear.
In varie forme di attuazione il sistema di controllo comprende un modulo configurato per operare un’integrazione di detto riferimento di velocità angolare ottenendo una orientazione di riferimento, e la catena di controllo ad anello chiuso comprende un modulo per calcolare un errore di orientazione come la differenza fra detta orientazione di riferimento e detta orientazione misurata, un modulo che implementa una funzione di trasferimento almeno proporzionale-integrativa e che riceve detto errore di orientazione come variabile d’ingresso e fornisce in uscita detta tensione di quadratura da applicare al motore espressa nel sistema di riferimento rotante.
In various embodiments the control system comprises a module configured for carrying out an integration of said reference angular velocity to obtain a reference orientation; the closed-loop control chain comprising: a module for calculating an orientation error as the difference between said reference orientation and said measured orientation; and a module that implements a proportional-integrative transfer function and that receives said orientation error as input variable and supplies at output said quadrature voltage to be applied to the motor, expressed in the rotating reference system.