Оптимальное по моменту ускорение и замедление FANUC: почему нагрузку одной оси при подъёме и опускании оценивают по-разному
Для четырёх состояний движения функции 30i-A построена авторская таблица сил с тяжестью и трением. Направления движения, ускорения и движущей силы не следует отождествлять.
Содержание
При движении вертикальной оси вниз двигатель всё ещё может создавать усилие вверх. Торможение при опускании также может требовать большего запаса привода, чем разгон вниз. Представление «вверх тяжело, вниз легко» упускает сочетание направлений движения и ускорения.
Почему функция различает четыре состояния
Руководство пользователя FANUC 30i/31i/32i-A B-63944EN/03, §20.4, страницы 676–678 (общедоступное зеркало оригинального руководства) относит оптимальное по моменту ускорение/замедление к быстрому ходу. Раздельно рассматриваются разгон и торможение при положительном и отрицательном движении; соответствующее ускорение выбирается по текущей скорости. Необходимы условия ускорения/замедления до интерполяции и нужная конфигурация. Одна команда быстрого хода не доказывает работу функции.
Сначала обозначьте направления сил
Авторская модель: вертикально движущаяся масса 400 kg, положительное направление вверх, ускорение тяжести 9.8 m/s², сила трения скольжения 300 N всегда против движения. Балансировочный цилиндр, противовес и потери передачи исключены. При положительном вверх усилии привода F:
F=ma+mg+300·sign(v).
Сравним четыре состояния при одинаковом модуле ускорения 1.2 m/s². mg=3920 N, модуль ma равен 480 N:
| Состояние движения | Знак скорости v | Знак ускорения a | Усилие привода вверх F |
|---|---|---|---|
| Разгон вверх | + | + | 4700 N |
| Торможение вверх | + | − | 3740 N |
| Разгон вниз | − | − | 3140 N |
| Торможение вниз | − | + | 4100 N |
При торможении вниз ускорение направлено вверх: кроме удержания нагрузки от тяжести привод тормозит движение, поэтому усилие выше 3140 N при разгоне вниз. При торможении вверх снижению скорости помогает тяжесть. Во всех четырёх случаях F положительно: движение оси вниз не означает направленную вниз силу привода.
Одинаковое ускорение не означает одинакового энергетического состояния
Механическая мощность равна Fv. В модели при движении вниз F положительно, v отрицательно, мощность отрицательна: энергия возвращается от движущегося механизма к приводу. Запас усилия и способность обрабатывать энергию торможения — разные вопросы. Одного максимального момента недостаточно для вывода о допустимости торможения при опускании.
Доступный момент реального двигателя зависит и от частоты вращения; противовес, давление балансировки и трение меняют результаты таблицы. Поэтому возможности разделяют по направлению, состоянию разгона/торможения и скорости. Линейное усилие здесь не приравнивается к моменту вала двигателя: для пересчёта нужны ход винта, передаточное отношение и КПД с учётом направления передачи энергии.
Модель объясняет явление, но не задаёт параметры
Если пик нагрузки возникает только при торможении вниз, сначала анализируйте эту фазу отдельно от разгона вниз, а не усредняйте весь отрицательный ход. Модель не учитывает упругость, регулирование сервопривода и электрические ограничения торможения. Это не диагноз и не основание для настройки. Кривые функции должны определяться механизмом и реальными возможностями станка. Материалы по теме — в разделе OPTION.